En el camp de la fabricació de semiconductors, la precisió és la base de la qualitat i el rendiment del producte. Els equips de mesura de semiconductors, com a vincle clau per garantir la precisió de la producció, imposen requisits gairebé estrictes sobre l'estabilitat dels seus components principals. Entre ells, la plataforma de granit, amb la seva excepcional estabilitat tèrmica, juga un paper indispensable en els equips de mesura de semiconductors. Aquest article durà a terme una anàlisi en profunditat del rendiment de l'estabilitat tèrmica de les plataformes de granit en els equips de mesura de semiconductors a través de dades de proves reals.
Els requisits estrictes per a l'estabilitat tèrmica dels equips de mesura en la fabricació de semiconductors
El procés de fabricació de semiconductors és extremadament complex i precís, i l'amplada de les línies del circuit del xip ha arribat al nivell nanomètric. En un procés de fabricació d'aquesta alta precisió, fins i tot el més mínim canvi de temperatura pot causar expansió i contracció tèrmica dels components de l'equip, provocant així errors de mesura. Per exemple, en el procés de fotolitografia, si la precisió de mesura de l'equip de mesura es desvia en 1 nanòmetre, pot causar problemes greus com ara curtcircuits o circuits oberts als circuits del xip, cosa que pot provocar el desballestament del xip. Segons les estadístiques de dades de la indústria, per cada fluctuació de temperatura d'1 ℃, la plataforma tradicional d'equips de mesura de material metàl·lic pot patir canvis dimensionals de diversos nanòmetres. Tanmateix, la fabricació de semiconductors requereix que la precisió de mesura es controli dins de ±0,1 nanòmetres, cosa que fa que l'estabilitat tèrmica sigui un factor clau per determinar si l'equip de mesura pot satisfer les demandes de la fabricació de semiconductors.
Avantatges teòrics de l'estabilitat tèrmica de les plataformes de granit
El granit, com a tipus de pedra natural, té una cristal·lització mineral interna compacta, una estructura densa i uniforme, i posseeix l'avantatge natural de l'estabilitat tèrmica. Pel que fa al coeficient d'expansió tèrmica, el coeficient d'expansió tèrmica del granit és extremadament baix, generalment oscil·lant entre 4,5 i 6,5 × 10⁻⁶/K. En canvi, el coeficient d'expansió tèrmica dels materials metàl·lics comuns com els aliatges d'alumini és tan alt com 23,8 × 10⁻⁶/K, que és diverses vegades superior al del granit. Això significa que, en les mateixes condicions de variació de temperatura, el canvi dimensional de la plataforma de granit és molt menor que el de la plataforma metàl·lica, cosa que pot proporcionar una referència de mesura més estable per als equips de mesura de semiconductors.
A més, l'estructura cristal·lina del granit li confereix una excel·lent uniformitat de conducció de calor. Quan l'equip genera calor o canvia la temperatura ambient, la plataforma de granit pot conduir la calor de manera ràpida i uniforme, evitant fenòmens de sobreescalfament o sobrerefredament locals, mantenint així eficaçment la consistència de la temperatura general de la plataforma i garantint encara més l'estabilitat de la precisió de la mesura.
El procés i el mètode de mesura de l'estabilitat tèrmica
Per tal d'avaluar amb precisió l'estabilitat tèrmica de la plataforma de granit en equips de mesura de semiconductors, hem dissenyat un esquema de mesura rigorós. Seleccionem un instrument de mesura d'oblies de semiconductors d'alta precisió, equipat amb una plataforma de granit processat de superprecisió. En l'entorn experimental, es va simular el rang de variació de temperatura comú al taller de fabricació de semiconductors, és a dir, escalfant gradualment de 20 ℃ a 35 ℃ i després refredant de nou a 20 ℃. Tot el procés va durar 8 hores.
A la plataforma de granit de l'instrument de mesura, es col·loquen oblies de silici estàndard d'alta precisió i s'utilitzen sensors de desplaçament amb precisió nanoescala per controlar els canvis de posició relativa entre les oblies de silici i la plataforma en temps real. Mentrestant, diversos sensors de temperatura d'alta precisió estan disposats en diferents posicions de la plataforma per controlar la distribució de la temperatura a la superfície de la plataforma. Durant l'experiment, les dades de desplaçament i les dades de temperatura es van registrar cada 15 minuts per garantir la integritat i la precisió de les dades.
Dades mesurades i anàlisi de resultats
La relació entre els canvis de temperatura i els canvis de mida de la plataforma
Les dades experimentals mostren que quan la temperatura augmenta de 20 ℃ a 35 ℃, el canvi en la mida lineal de la plataforma de granit és extremadament petit. Després del càlcul, durant tot el procés d'escalfament, l'expansió lineal màxima de la plataforma és de només 0,3 nanòmetres, que és molt inferior al rang de tolerància d'error per a la precisió de la mesura en els processos de fabricació de semiconductors. Durant l'etapa de refredament, la mida de la plataforma pot tornar gairebé completament a l'estat inicial i es pot ignorar el fenomen de retard del canvi de mida. Aquesta característica de mantenir canvis dimensionals extremadament baixos fins i tot sota fluctuacions de temperatura significatives valida completament l'excepcional estabilitat tèrmica de la plataforma de granit.
Anàlisi de la uniformitat de la temperatura a la superfície de la plataforma
Les dades recollides pel sensor de temperatura mostren que durant el funcionament de l'equip i el procés de canvi de temperatura, la distribució de la temperatura a la superfície de la plataforma de granit és extremadament uniforme. Fins i tot durant l'etapa en què la temperatura canvia més intensament, la diferència de temperatura entre cada punt de mesura a la superfície de la plataforma sempre es controla dins de ±0,1 ℃. La distribució uniforme de la temperatura evita eficaçment la deformació de la plataforma causada per una tensió tèrmica desigual, garantint la planitud i l'estabilitat de la superfície de referència de mesura i proporcionant un entorn de mesura fiable per als equips de metrologia de semiconductors.
En comparació amb les plataformes de materials tradicionals
Les dades mesurades de la plataforma de granit es van comparar amb les de l'equip de mesurament de semiconductors del mateix tipus que utilitzava la plataforma d'aliatge d'alumini, i les diferències van ser significatives. En les mateixes condicions de canvi de temperatura, l'expansió lineal de la plataforma d'aliatge d'alumini arriba als 2,5 nanòmetres, que és més de vuit vegades superior a la de la plataforma de granit. Mentrestant, la distribució de la temperatura a la superfície de la plataforma d'aliatge d'alumini és desigual, amb una diferència màxima de temperatura que arriba als 0,8 ℃, cosa que provoca una deformació evident de la plataforma i afecta seriosament la precisió de la mesura.
En el món precís dels equips de metrologia de semiconductors, les plataformes de granit, amb la seva excepcional estabilitat tèrmica, s'han convertit en el pilar per garantir la precisió de les mesures. Les dades mesurades demostren fermament el rendiment excepcional de la plataforma de granit en resposta als canvis de temperatura, proporcionant un suport tècnic fiable per a la indústria de fabricació de semiconductors. A mesura que els processos de fabricació de semiconductors avancen cap a una major precisió, l'avantatge d'estabilitat tèrmica de les plataformes de granit esdevindrà cada cop més destacat, impulsant contínuament la innovació i el desenvolupament tecnològic a la indústria.
Data de publicació: 13 de maig de 2025