Inden for halvlederproduktion er præcision livsnerven for produktkvalitet og ydeevne. Halvledermåleudstyr, som et nøgleled for at sikre produktionsnøjagtighed, stiller næsten strenge krav til stabiliteten af sine kernekomponenter. Blandt dem spiller granitplatformen med sin enestående termiske stabilitet en uundværlig rolle i halvledermåleudstyr. Denne artikel vil foretage en dybdegående analyse af den termiske stabilitetsydelse af granitplatforme i halvledermåleudstyr gennem faktiske testdata.
De strenge krav til termisk stabilitet af måleudstyr i halvlederproduktion
Halvlederfremstillingsprocessen er ekstremt kompleks og præcis, og bredden af kredsløbslinjerne på chippen har nået nanometerniveauet. I en sådan højpræcisionsfremstillingsproces kan selv den mindste temperaturændring forårsage termisk udvidelse og sammentrækning af udstyrskomponenter og derved udløse målefejl. For eksempel, hvis målenøjagtigheden af måleudstyret afviger med 1 nanometer i fotolitografiprocessen, kan det forårsage alvorlige problemer såsom kortslutninger eller åbne kredsløb i kredsløbene på chippen, hvilket fører til kassering af chippen. Ifølge branchestatistikker kan den traditionelle platform for måleudstyr til metalmaterialer for hver 1 ℃ temperaturudsving undergå dimensionsændringer på flere nanometer. Imidlertid kræver halvlederfremstilling, at målenøjagtigheden kontrolleres inden for ±0,1 nanometer, hvilket gør termisk stabilitet til en nøglefaktor for at bestemme, om måleudstyret kan opfylde kravene til halvlederfremstilling.
Teoretiske fordele ved termisk stabilitet af granitplatforme
Granit, som en slags natursten, har en kompakt indre mineralkrystallisation, en tæt og ensartet struktur og har den naturlige fordel af termisk stabilitet. Med hensyn til termisk udvidelseskoefficient er granits termiske udvidelseskoefficient ekstremt lav og ligger generelt fra 4,5 til 6,5 × 10⁻⁶/K. I modsætning hertil er termisk udvidelseskoefficienten for almindelige metalliske materialer, såsom aluminiumlegeringer, så høj som 23,8 × 10⁻⁶/K, hvilket er flere gange så højt som granits. Det betyder, at under de samme temperaturvariationsforhold er dimensionsændringen på granitplatformen meget mindre end på metalplatformen, hvilket kan give en mere stabil målereference for halvledermåleudstyr.
Derudover giver granitens krystalstruktur den en fremragende ensartethed i varmeledning. Når udstyrets drift genererer varme, eller den omgivende temperatur ændrer sig, kan granitplatformen hurtigt og jævnt lede varmen væk, hvilket undgår lokal overophedning eller overkøling, hvorved platformens samlede temperaturkonsistens effektivt opretholdes og yderligere sikres stabiliteten af målenøjagtigheden.
Processen og metoden til måling af termisk stabilitet
For nøjagtigt at kunne evaluere den termiske stabilitet af granitplatformen i halvledermåleudstyr har vi designet en stringent måleordning. Der blev valgt et højpræcisions halvlederwafermåleinstrument, som er udstyret med en superpræcisionsbehandlet granitplatform. I det eksperimentelle miljø blev det almindelige temperaturvariationsområde i halvlederproduktionsværkstedet simuleret, dvs. gradvis opvarmning fra 20℃ til 35℃ og derefter afkøling tilbage til 20℃. Hele processen varede i 8 timer.
På måleinstrumentets granitplatform er der placeret højpræcisions-siliciumwafere, og forskydningssensorer med nanoskala-nøjagtighed bruges til at overvåge de relative positionsændringer mellem siliciumwafere og platformen i realtid. Samtidig er der anbragt flere højpræcisionstemperatursensorer på forskellige positioner på platformen for at overvåge temperaturfordelingen på platformens overflade. Under eksperimentet blev forskydnings- og temperaturdata registreret hvert 15. minut for at sikre dataenes fuldstændighed og nøjagtighed.
Målte data og resultatanalyse
Forholdet mellem temperaturændringer og ændringer i platformstørrelse
Eksperimentelle data viser, at når temperaturen stiger fra 20℃ til 35℃, er ændringen i granitplatformens lineære størrelse ekstremt lille. Efter beregning er platformens maksimale lineære udvidelse gennem hele opvarmningsprocessen kun 0,3 nanometer, hvilket er langt lavere end fejltoleranceområdet for målenøjagtighed i halvlederfremstillingsprocesser. Under afkølingsfasen kan platformens størrelse næsten helt vende tilbage til den oprindelige tilstand, og forsinkelsesfænomenet ved størrelsesændring kan ignoreres. Denne egenskab med at opretholde ekstremt lave dimensionsændringer, selv under betydelige temperaturudsving, validerer fuldt ud granitplatformens enestående termiske stabilitet.
Analyse af temperaturensartethed på platformoverfladen
Data indsamlet af temperatursensoren viser, at temperaturfordelingen på granitplatformens overflade er ekstremt ensartet under udstyrets drift og temperaturændringsprocessen. Selv i den fase, hvor temperaturen ændrer sig mest intenst, kontrolleres temperaturforskellen mellem hvert målepunkt på platformens overflade altid inden for ±0,1 ℃. Ensartet temperaturfordeling undgår effektivt platformdeformation forårsaget af ujævn termisk belastning, hvilket sikrer planhed og stabilitet af målereferenceoverfladen og giver et pålideligt målemiljø for halvledermetrologiudstyr.
Sammenlignet med traditionelle materialeplatforme
De målte data fra granitplatformen blev sammenlignet med data fra halvledermåleudstyr af samme type, der bruger aluminiumslegeringsplatformen, og forskellene var betydelige. Under de samme temperaturændringsforhold er den lineære udvidelse af aluminiumslegeringsplatformen så høj som 2,5 nanometer, hvilket er mere end otte gange så høj som granitplatformen. Samtidig er temperaturfordelingen på overfladen af aluminiumslegeringsplatformen ujævn, med en maksimal temperaturforskel på 0,8 ℃, hvilket resulterer i tydelig deformation af platformen og alvorligt påvirker målenøjagtigheden.
I den præcise verden af halvledermålingsudstyr er granitplatforme med deres enestående termiske stabilitet blevet den vigtigste faktor i sikringen af målenøjagtighed. De målte data beviser kraftigt granitplatformens enestående ydeevne i forhold til temperaturændringer og yder pålidelig teknisk support til halvlederindustrien. Efterhånden som halvlederproduktionsprocesserne udvikler sig mod højere præcision, vil fordelen ved granitplatforme med hensyn til termisk stabilitet blive stadig mere fremtrædende, hvilket løbende vil drive teknologisk innovation og udvikling i branchen.
Udsendelsestidspunkt: 13. maj 2025