У области производње полупроводника, прецизност је животна линија квалитета и перформанси производа. Полупроводничка мерна опрема, као кључна карика за обезбеђивање тачности производње, намеће готово строге захтеве за стабилност својих основних компоненти. Међу њима, гранитна платформа, са својом изузетном термичком стабилношћу, игра незаменљиву улогу у полупроводничкој мерној опреми. Овај чланак ће спровести детаљну анализу перформанси термичке стабилности гранитних платформи у полупроводничкој мерној опреми кроз стварне податке испитивања.
Строги захтеви за термичку стабилност мерне опреме у производњи полупроводника
Процес производње полупроводника је изузетно сложен и прецизан, а ширина линија кола на чипу је ушла у нанометарски ниво. У таквом високопрецизном процесу производње, чак и најмања промена температуре може изазвати термичко ширење и скупљање компоненти опреме, што доводи до грешака у мерењу. На пример, у процесу фотолитографије, ако тачност мерења мерне опреме одступа за 1 нанометар, то може изазвати озбиљне проблеме као што су кратки спојеви или отворени кругови у колима на чипу, што доводи до ломљења чипа. Према статистичким подацима индустрије, за сваку флуктуацију температуре од 1℃, традиционална платформа за мерење металних материјала може претрпети димензионалне промене од неколико нанометара. Међутим, производња полупроводника захтева контролу тачности мерења у оквиру ±0,1 нанометар, што чини термичку стабилност кључним фактором у одређивању да ли мерна опрема може да задовољи захтеве производње полупроводника.
Теоријске предности термичке стабилности гранитних платформи
Гранит, као врста природног камена, има компактну унутрашњу минералну кристализацију, густу и уједначену структуру и поседује природну предност термичке стабилности. Што се тиче коефицијента термичког ширења, коефицијент термичког ширења гранита је изузетно низак, генерално у распону од 4,5 до 6,5×10⁻⁶/K. Насупрот томе, коефицијент термичког ширења уобичајених металних материјала као што су легуре алуминијума је висок чак 23,8×10⁻⁶/K, што је неколико пута више од гранита. То значи да је под истим условима температурних варијација, промена димензија гранитне платформе много мања од промене димензија металне платформе, што може пружити стабилнију референцу мерења за полупроводничку мерну опрему.
Поред тога, кристална структура гранита му даје одличну уједначеност проводљивости топлоте. Када рад опреме генерише топлоту или се температура околине промени, гранитна платформа може брзо и равномерно одвести топлоту, избегавајући локалне појаве прегревања или прекомерног хлађења, чиме се ефикасно одржава укупна константа температуре платформе и додатно осигурава стабилност тачности мерења.
Процес и метод мерења термичке стабилности
Да бисмо прецизно проценили термичку стабилност гранитне платформе у полупроводничкој мерној опреми, осмислили смо ригорозну шему мерења. Одабрали смо високопрецизни инструмент за мерење полупроводничких плочица, који је опремљен суперпрецизно обрађеном гранитном платформом. У експерименталном окружењу, симулиран је уобичајени опсег варијација температуре у радионици за производњу полупроводника, односно постепено загревање од 20℃ до 35℃, а затим хлађење назад на 20℃. Читав процес је трајао 8 сати.
На гранитној платформи мерног инструмента постављене су високопрецизне стандардне силицијумске плочице, а сензори померања са наноскалном тачношћу користе се за праћење промена релативног положаја између силицијумских плочица и платформе у реалном времену. У међувремену, више високопрецизних сензора температуре распоређено је на различитим позицијама на платформи како би се пратила расподела температуре на површини платформе. Током експеримента, подаци о померању и температури су снимани сваких 15 минута како би се осигурала потпуност и тачност података.
Измерени подаци и анализа резултата
Однос између промена температуре и промена величине платформе
Експериментални подаци показују да када температура порасте са 20℃ на 35℃, промена линеарне величине гранитне платформе је изузетно мала. Након прорачуна, током целог процеса загревања, максимално линеарно ширење платформе је само 0,3 нанометара, што је далеко ниже од опсега толеранције грешке за тачност мерења у процесима производње полупроводника. Током фазе хлађења, величина платформе се може скоро потпуно вратити у почетно стање, а феномен кашњења промене величине може се занемарити. Ова карактеристика одржавања изузетно ниских димензионалних промена чак и при значајним температурним флуктуацијама у потпуности потврђује изузетну термичку стабилност гранитне платформе.
Анализа једнообразности температуре на површини платформе
Подаци које је прикупио температурни сензор показују да је током рада опреме и процеса промене температуре, расподела температуре на површини гранитне платформе изузетно равномерна. Чак и током фазе када се температура најинтензивније мења, температурна разлика између сваке тачке мерења на површини платформе је увек контролисана унутар ±0,1℃. Равномерна расподела температуре ефикасно спречава деформацију платформе узроковану неравномерним термичким напрезањем, осигуравајући равност и стабилност референтне површине за мерење и пружајући поуздано мерно окружење за полупроводничку метролошку опрему.
У поређењу са традиционалним материјалним платформама
Измерени подаци гранитне платформе упоређени су са подацима полупроводничке мерне опреме истог типа која користи платформу од алуминијумске легуре, а разлике су биле значајне. Под истим условима промене температуре, линеарно ширење платформе од алуминијумске легуре је чак 2,5 нанометара, што је више од осам пута веће од гранитне платформе. У међувремену, расподела температуре на површини платформе од алуминијумске легуре је неравномерна, са максималном температурном разликом која достиже 0,8 ℃, што резултира очигледном деформацијом платформе и озбиљно утиче на тачност мерења.
У прецизном свету полупроводничке метролошке опреме, гранитне платформе, са својом изузетном термичком стабилношћу, постале су главни ослонац у обезбеђивању тачности мерења. Измерени подаци снажно доказују изузетне перформансе гранитне платформе у реаговању на температурне промене, пружајући поуздану техничку подршку индустрији производње полупроводника. Како процеси производње полупроводника напредују ка већој прецизности, предност термичке стабилности гранитних платформи постајаће све израженија, континуирано подстичући технолошке иновације и развој у индустрији.
Време објаве: 13. мај 2025.