У области производње полупроводника, која тежи врхунској прецизности, коефицијент термичког ширења један је од основних параметара који утичу на квалитет производа и стабилност производње. Током целог процеса, од фотолитографије, нагризања до паковања, разлике у коефицијентима термичког ширења материјала могу на различите начине утицати на тачност производње. Међутим, гранитна основа, са својим изузетно ниским коефицијентом термичког ширења, постала је кључ за решавање овог проблема.
Процес литографије: Термичка деформација узрокује одступање узорка
Фотолитографија је кључни корак у производњи полупроводника. Помоћу фотолитографске машине, обрасци кола на маски се преносе на површину плочице обложене фоторезистом. Током овог процеса, управљање температуром унутар фотолитографске машине и стабилност радног стола су од виталног значаја. Узмимо традиционалне металне материјале као пример. Њихов коефицијент термичког ширења је приближно 12×10⁻⁶/℃. Током рада фотолитографске машине, топлота коју генерише извор ласерске светлости, оптичка сочива и механичке компоненте довешће до пораста температуре опреме за 5-10 ℃. Ако радни сто литографске машине користи металну базу, база дужине 1 метар може изазвати деформацију ширења од 60-120 μm, што ће довести до померања релативног положаја између маске и плочице.
У напредним производним процесима (као што су 3nm и 2nm), размак између транзистора је само неколико нанометара. Тако мала термичка деформација је довољна да изазове погрешно поравнање фотолитографског узорка, што доводи до абнормалних веза транзистора, кратких спојева или отворених кола и других проблема, што директно резултира кваром функција чипа. Коефицијент термичког ширења гранитне основе је низак, чак 0,01μm/°C (тј. (1-2) ×10⁻⁶/℃), а деформација при истој промени температуре је само 1/10-1/5 од деформације метала. Може да обезбеди стабилну платформу за фотолитографску машину, осигуравајући прецизан пренос фотолитографског узорка и значајно побољшавајући принос производње чипова.
Нагризање и таложење: Утичу на димензионалну тачност структуре
Нагризање и депозиција су кључни процеси за конструисање тродимензионалних структура кола на површини плочице. Током процеса нагризања, реактивни гас пролази кроз хемијску реакцију са површинским материјалом плочице. У међувремену, компоненте као што су РФ напајање и контрола протока гаса унутар опреме генеришу топлоту, што доводи до пораста температуре плочице и компоненти опреме. Ако се коефицијент термичког ширења носача плочице или основе опреме не поклапа са коефицијентом термичког ширења плочице (коефицијент термичког ширења силицијумског материјала је приближно 2,6×10⁻⁶/℃), када се температура промени, генерисаће се термички напон, што може изазвати ситне пукотине или савијање на површини плочице.
Ова врста деформације ће утицати на дубину нагризања и вертикалност бочног зида, узрокујући да димензије нагризаних жлебова, пролазних рупа и других структура одступају од захтева дизајна. Слично томе, у процесу наношења танког филма, разлика у термичком ширењу може изазвати унутрашње напрезање у наталоженом танком филму, што доводи до проблема као што су пуцање и љуштење филма, што утиче на електричне перформансе и дугорочну поузданост чипа. Употреба гранитних подлога са коефицијентом термичког ширења сличним оном код силицијумских материјала може ефикасно смањити термичко напрезање и осигурати стабилност и тачност процеса нагризања и наношења.
Фаза паковања: Термичка неусклађеност узрокује проблеме са поузданошћу
У фази паковања полупроводника, компатибилност коефицијената термичког ширења између чипа и материјала за паковање (као што су епоксидна смола, керамика итд.) је од виталног значаја. Коефицијент термичког ширења силицијума, основног материјала чипова, је релативно низак, док је код већине материјала за паковање релативно висок. Када се температура чипа промени током употребе, доћи ће до термичког напрезања између чипа и материјала за паковање због неусклађености коефицијената термичког ширења.
Ово термичко напрезање, под дејством поновљених температурних циклуса (као што су загревање и хлађење током рада чипа), може довести до пуцања услед замора лемних спојева између чипа и подлоге за паковање или проузроковати отпадање жица за везивање са површине чипа, што на крају резултира кваром електричне везе чипа. Избором материјала за подлогу за паковање са коефицијентом термичког ширења блиским оном код силицијумских материјала и коришћењем гранитних тест платформи са одличном термичком стабилношћу за тачно откривање током процеса паковања, проблем термичке неусклађености може се ефикасно смањити, поузданост паковања може се побољшати, а век трајања чипа може се продужити.
Контрола производног окружења: Координирана стабилност опреме и фабричких зграда
Поред директног утицаја на производни процес, коефицијент термичког ширења је такође повезан са укупном контролом околине у фабрикама полупроводника. У великим радионицама за производњу полупроводника, фактори као што су покретање и заустављање система за климатизацију и одвођење топлоте кластера опреме могу изазвати флуктуације температуре околине. Ако је коефицијент термичког ширења фабричког пода, постоља опреме и друге инфраструктуре превисок, дугорочне промене температуре ће узроковати пуцање пода и померање постоља опреме, што ће утицати на тачност прецизне опреме као што су машине за фотолитографију и машине за нагризање.
Коришћењем гранитних подлога као носача опреме и њиховим комбиновањем са фабричким грађевинским материјалима са ниским коефицијентима термичког ширења, може се створити стабилно производно окружење, смањујући учесталост калибрације опреме и трошкове одржавања изазване термичком деформацијом околине, и обезбеђујући дугорочно стабилан рад производне линије за полупроводнике.
Коефицијент термичког ширења пролази кроз цео животни циклус производње полупроводника, од избора материјала, контроле процеса до паковања и тестирања. Утицај термичког ширења мора се строго узети у обзир у свакој вези. Гранитне базе, са својим ултра ниским коефицијентом термичког ширења и другим одличним својствима, пружају стабилну физичку основу за производњу полупроводника и постају важна гаранција за промоцију развоја процеса производње чипова ка већој прецизности.
Време објаве: 20. мај 2025.