В областта на производството на полупроводници, прецизността е жизненоважната линия за качеството и производителността на продукта. Полупроводниковото измервателно оборудване, като ключово звено за осигуряване на точност на производството, налага почти строги изисквания към стабилността на основните си компоненти. Сред тях, гранитната платформа, със своята изключителна термична стабилност, играе незаменима роля в полупроводниковото измервателно оборудване. Тази статия ще проведе задълбочен анализ на термичната стабилност на гранитните платформи в полупроводниковото измервателно оборудване чрез реални данни от тестове.
Строгите изисквания за термична стабилност на измервателното оборудване в производството на полупроводници
Процесът на производство на полупроводници е изключително сложен и прецизен, а ширината на линиите на чипа е достигнала нанометрово ниво. В такъв високопрецизен производствен процес дори най-малката промяна в температурата може да причини термично разширение и свиване на компонентите на оборудването, като по този начин предизвика грешки в измерването. Например, при фотолитографския процес, ако точността на измерване на измервателното оборудване се отклони с 1 нанометър, това може да причини сериозни проблеми, като късо съединение или отворени вериги в схемите на чипа, което води до бракуване на чипа. Според статистическите данни от индустрията, за всяко колебание в температурата от 1℃, традиционната платформа за измерване на метални материали може да претърпи промени в размерите от няколко нанометра. Производството на полупроводници обаче изисква точността на измерване да се контролира в рамките на ±0,1 нанометра, което прави термичната стабилност ключов фактор при определяне дали измервателното оборудване може да отговори на изискванията на производството на полупроводници.
Теоретични предимства на термичната стабилност на гранитните платформи
Гранитът, като вид естествен камък, има компактна вътрешна минерална кристализация, плътна и равномерна структура и притежава естественото предимство на термична стабилност. По отношение на коефициента на термично разширение, коефициентът на термично разширение на гранита е изключително нисък, като обикновено варира от 4,5 до 6,5×10⁻⁶/K. За разлика от това, коефициентът на термично разширение на обикновените метални материали, като алуминиевите сплави, достига 23,8×10⁻⁶/K, което е няколко пъти повече от това на гранита. Това означава, че при едни и същи температурни условия, промяната в размерите на гранитната платформа е много по-малка от тази на металната платформа, което може да осигури по-стабилна референтна стойност за измервателно оборудване с полупроводници.
Освен това, кристалната структура на гранита му придава отлична равномерност на топлопроводимостта. Когато работата на оборудването генерира топлина или температурата на околната среда се промени, гранитната платформа може бързо и равномерно да отвежда топлината, избягвайки локално прегряване или преохлаждане, като по този начин ефективно поддържа общата температурна константа на платформата и допълнително осигурява стабилност на точността на измерване.
Процесът и методът за измерване на термичната стабилност
За да оценим точно термичната стабилност на гранитната платформа в полупроводниково измервателно оборудване, разработихме строга схема за измерване. Избрахме високопрецизен измервателен уред за полупроводникови пластини, който е оборудван със свръхпрецизна обработена гранитна платформа. В експерименталната среда беше симулиран обичайният диапазон на температурни вариации в цеха за производство на полупроводници, а именно постепенно нагряване от 20℃ до 35℃ и след това охлаждане обратно до 20℃. Целият процес продължи 8 часа.
Върху гранитната платформа на измервателния инструмент са поставени високопрецизни стандартни силициеви пластини, а сензори за изместване с наномащабна точност се използват за наблюдение на промените в относителното положение между силициевите пластини и платформата в реално време. Междувременно, множество високопрецизни температурни сензори са разположени на различни позиции върху платформата, за да наблюдават разпределението на температурата по повърхността на платформата. По време на експеримента данните за изместването и температурата са записвани на всеки 15 минути, за да се гарантира пълнотата и точността на данните.
Измерени данни и анализ на резултатите
Връзката между температурните промени и промените в размера на платформата
Експерименталните данни показват, че когато температурата се повиши от 20℃ до 35℃, промяната в линейния размер на гранитната платформа е изключително малка. След изчисление, по време на целия процес на нагряване, максималното линейно разширение на платформата е само 0,3 нанометра, което е далеч по-ниско от диапазона на допустима грешка за точност на измерване в процесите на производство на полупроводници. По време на етапа на охлаждане размерът на платформата може почти напълно да се върне в първоначалното си състояние и феноменът на забавяне на промяната на размера може да бъде пренебрегнат. Тази характеристика за поддържане на изключително ниски промени в размерите дори при значителни температурни колебания напълно потвърждава изключителната термична стабилност на гранитната платформа.
Анализ на равномерността на температурата върху повърхността на платформата
Данните, събрани от температурния сензор, показват, че по време на работа на оборудването и процеса на промяна на температурата, разпределението на температурата върху повърхността на гранитната платформа е изключително равномерно. Дори по време на етапа, когато температурата се променя най-интензивно, температурната разлика между всяка точка на измерване на повърхността на платформата винаги се контролира в рамките на ±0,1℃. Равномерното разпределение на температурата ефективно предотвратява деформацията на платформата, причинена от неравномерно термично напрежение, осигурявайки плоскост и стабилност на референтната повърхност за измерване и осигурявайки надеждна среда за измерване на полупроводниково метрологично оборудване.
В сравнение с традиционните материални платформи
Измерените данни от гранитната платформа бяха сравнени с тези на полупроводниково измервателно оборудване от същия тип, използващо платформа от алуминиева сплав, и разликите бяха значителни. При същите условия на температурна промяна, линейното разширение на платформата от алуминиева сплав е до 2,5 нанометра, което е повече от осем пъти по-голямо от това на гранитната платформа. В същото време, разпределението на температурата по повърхността на платформата от алуминиева сплав е неравномерно, като максималната температурна разлика достига 0,8℃, което води до очевидна деформация на платформата и сериозно влияе върху точността на измерване.
В прецизния свят на полупроводниковото метрологично оборудване, гранитните платформи, с тяхната изключителна термична стабилност, са се превърнали в основен фактор за осигуряване на точност на измерванията. Измерените данни категорично доказват изключителните характеристики на гранитната платформа при реагиране на температурни промени, осигурявайки надеждна техническа поддръжка за индустрията за производство на полупроводници. С напредването на производствените процеси на полупроводници към по-висока прецизност, предимството на гранитните платформи по отношение на термичната стабилност ще става все по-забележимо, непрекъснато стимулирайки технологичните иновации и развитие в индустрията.
Време на публикуване: 13 май 2025 г.