U oblasti proizvodnje poluprovodnika, koja teži vrhunskoj preciznosti, koeficijent termičkog širenja jedan je od ključnih parametara koji utiču na kvalitet proizvoda i stabilnost proizvodnje. Tokom cijelog procesa, od fotolitografije, nagrizanja do pakovanja, razlike u koeficijentima termičkog širenja materijala mogu na različite načine uticati na tačnost proizvodnje. Međutim, granitna baza, sa svojim ultra-niskim koeficijentom termičkog širenja, postala je ključ za rješavanje ovog problema.
Litografski proces: Termička deformacija uzrokuje odstupanje uzorka
Fotolitografija je ključni korak u proizvodnji poluprovodnika. Pomoću fotolitografske mašine, šabloni na maski se prenose na površinu pločice obložene fotorezistom. Tokom ovog procesa, upravljanje temperaturom unutar fotolitografske mašine i stabilnost radnog stola su od vitalnog značaja. Uzmimo za primjer tradicionalne metalne materijale. Njihov koeficijent toplotnog širenja je približno 12×10⁻⁶/℃. Tokom rada fotolitografske mašine, toplota koju generiše laserski izvor svjetlosti, optička sočiva i mehaničke komponente uzrokovat će porast temperature opreme za 5-10 ℃. Ako radni sto litografske mašine koristi metalnu bazu, baza dužine 1 metar može uzrokovati deformaciju širenja od 60-120 μm, što će dovesti do pomjeranja relativnog položaja između maske i pločice.
U naprednim proizvodnim procesima (kao što su 3nm i 2nm), razmak između tranzistora je samo nekoliko nanometara. Tako mala termička deformacija dovoljna je da uzrokuje pogrešno poravnanje fotolitografskog uzorka, što dovodi do abnormalnih veza tranzistora, kratkih spojeva ili otvorenih kola i drugih problema, što direktno rezultira kvarom funkcija čipa. Koeficijent termičkog širenja granitne baze je nizak, samo 0,01μm/°C (tj. (1-2) ×10⁻⁶/℃), a deformacija pri istoj promjeni temperature je samo 1/10-1/5 deformacije metala. Može pružiti stabilnu platformu za fotolitografsku mašinu, osiguravajući precizan prijenos fotolitografskog uzorka i značajno poboljšavajući prinos proizvodnje čipa.
Nagrizanje i taloženje: Utiču na dimenzionalnu tačnost strukture
Nagrizanje i taloženje su ključni procesi za konstruisanje trodimenzionalnih struktura kola na površini pločice. Tokom procesa nagrizanja, reaktivni gas prolazi kroz hemijsku reakciju sa površinskim materijalom pločice. U međuvremenu, komponente kao što su RF napajanje i kontrola protoka gasa unutar opreme generišu toplotu, što uzrokuje porast temperature pločice i komponenti opreme. Ako se koeficijent toplotnog širenja nosača pločice ili baze opreme ne podudara sa koeficijentom toplotnog širenja pločice (koeficijent toplotnog širenja silicijumskog materijala je približno 2,6×10⁻⁶/℃), kada se temperatura promijeni, doći će do toplotnog naprezanja, što može uzrokovati sitne pukotine ili savijanje na površini pločice.
Ova vrsta deformacije će uticati na dubinu nagrizanja i vertikalnost bočnog zida, uzrokujući odstupanje dimenzija nagrizenih žljebova, prolaznih rupa i drugih struktura od projektnih zahtjeva. Slično tome, u procesu nanošenja tankog filma, razlika u termičkom širenju može uzrokovati unutrašnje naprezanje u nanesenom tankom filmu, što dovodi do problema poput pucanja i ljuštenja filma, što utiče na električne performanse i dugoročnu pouzdanost čipa. Upotreba granitnih podloga sa koeficijentom termičkog širenja sličnim onom kod silicijumskih materijala može efikasno smanjiti termičko naprezanje i osigurati stabilnost i tačnost procesa nagrizanja i nanošenja.
Faza pakovanja: Termička neusklađenost uzrokuje probleme s pouzdanošću
U fazi pakovanja poluprovodnika, kompatibilnost koeficijenata termičkog širenja između čipa i materijala za pakovanje (kao što su epoksidna smola, keramika itd.) je od vitalnog značaja. Koeficijent termičkog širenja silicija, jezgra čipova, relativno je nizak, dok je kod većine materijala za pakovanje relativno visok. Kada se temperatura čipa promijeni tokom upotrebe, doći će do termičkog naprezanja između čipa i materijala za pakovanje zbog neusklađenosti koeficijenata termičkog širenja.
Ovo termičko naprezanje, pod utjecajem ponovljenih temperaturnih ciklusa (kao što su zagrijavanje i hlađenje tokom rada čipa), može dovesti do pucanja lemnih spojeva usljed zamora između čipa i podloge za pakovanje ili uzrokovati otpadanje žica za spajanje na površini čipa, što na kraju rezultira kvarom električne veze čipa. Odabirom materijala za podlogu za pakovanje s koeficijentom termičkog širenja bliskim onom kod silicijumskih materijala i korištenjem granitnih testnih platformi s odličnom termičkom stabilnošću za precizno otkrivanje tokom procesa pakovanja, problem termičke neusklađenosti može se efikasno smanjiti, pouzdanost pakovanja može se poboljšati, a vijek trajanja čipa može se produžiti.
Kontrola proizvodnog okruženja: Koordinirana stabilnost opreme i fabričkih zgrada
Pored direktnog uticaja na proizvodni proces, koeficijent termičkog širenja je također povezan sa ukupnom kontrolom okoline u fabrikama poluprovodnika. U velikim radionicama za proizvodnju poluprovodnika, faktori poput pokretanja i zaustavljanja sistema klimatizacije i odvođenja toplote sa klastera opreme mogu uzrokovati fluktuacije temperature okoline. Ako je koeficijent termičkog širenja fabričkog poda, baza opreme i druge infrastrukture previsok, dugoročne promjene temperature će uzrokovati pucanje poda i pomicanje baze opreme, što će uticati na tačnost precizne opreme kao što su fotolitografske mašine i mašine za nagrizanje.
Korištenjem granitnih podloga kao nosača opreme i njihovim kombinovanjem sa građevinskim materijalima za fabrike sa niskim koeficijentima toplotnog širenja, može se stvoriti stabilno proizvodno okruženje, smanjujući učestalost kalibracije opreme i troškove održavanja uzrokovane toplotnom deformacijom okoline, te osiguravajući dugoročni stabilan rad proizvodne linije poluprovodnika.
Koeficijent termičkog širenja prolazi kroz cijeli životni ciklus proizvodnje poluprovodnika, od odabira materijala, kontrole procesa do pakovanja i testiranja. Utjecaj termičkog širenja mora se strogo uzeti u obzir u svakoj karici. Granitne baze, sa svojim ultra-niskim koeficijentom termičkog širenja i drugim izvrsnim svojstvima, pružaju stabilnu fizičku osnovu za proizvodnju poluprovodnika i postaju važna garancija za promociju razvoja procesa proizvodnje čipova prema većoj preciznosti.
Vrijeme objave: 20. maj 2025.