Innen halvlederproduksjon, som streber etter maksimal presisjon, er termisk utvidelseskoeffisient en av kjerneparametrene som påvirker produktkvalitet og produksjonsstabilitet. Gjennom hele prosessen, fra fotolitografi og etsing til emballasje, kan forskjellene i materialenes termiske utvidelseskoeffisienter påvirke produksjonsnøyaktigheten på ulike måter. Granittbasen, med sin ultralave termiske utvidelseskoeffisient, har imidlertid blitt nøkkelen til å løse dette problemet.
Litografiprosess: Termisk deformasjon forårsaker mønsteravvik
Fotolitografi er et sentralt trinn i halvlederproduksjon. Gjennom en fotolitografimaskin overføres kretsmønstrene på masken til overflaten av waferen belagt med fotoresist. Under denne prosessen er termisk håndtering inne i fotolitografimaskinen og stabiliteten til arbeidsbordet av avgjørende betydning. Ta tradisjonelle metallmaterialer som et eksempel. Deres termiske utvidelseskoeffisient er omtrent 12 × 10⁻⁶/℃. Under drift av fotolitografimaskinen vil varmen som genereres av laserlyskilden, optiske linser og mekaniske komponenter føre til at utstyrstemperaturen stiger med 5–10 ℃. Hvis litografimaskinens arbeidsbord bruker en metallbase, kan en 1 meter lang base forårsake en ekspansjonsdeformasjon på 60–120 μm, noe som vil føre til en forskyvning i den relative posisjonen mellom masken og waferen.
I avanserte produksjonsprosesser (som 3 nm og 2 nm) er transistoravstanden bare noen få nanometer. En så liten termisk deformasjon er tilstrekkelig til å føre til at fotolitografimønsteret blir feiljustert, noe som fører til unormale transistorforbindelser, kortslutninger eller åpne kretser og andre problemer, som direkte resulterer i svikt i brikkefunksjonene. Den termiske utvidelseskoeffisienten til granittbasen er så lav som 0,01 μm/°C (dvs. (1-2) × 10⁻⁶/℃), og deformasjonen under samme temperaturendring er bare 1/10-1/5 av metallets. Det kan gi en stabil lastbærende plattform for fotolitografimaskinen, noe som sikrer presis overføring av fotolitografimønsteret og forbedrer utbyttet fra brikkeproduksjonen betydelig.
Etsing og avsetning: Påvirker strukturens dimensjonsnøyaktighet
Etsing og avsetning er nøkkelprosessene for å konstruere tredimensjonale kretsstrukturer på waferoverflaten. Under etseprosessen gjennomgår den reaktive gassen en kjemisk reaksjon med waferens overflatemateriale. Samtidig genererer komponenter som RF-strømforsyningen og gassstrømkontrollen inne i utstyret varme, noe som fører til at temperaturen på waferen og utstyrskomponentene stiger. Hvis den termiske utvidelseskoeffisienten til waferbæreren eller utstyrsbasen ikke samsvarer med waferens (den termiske utvidelseskoeffisienten til silisiummateriale er omtrent 2,6 × 10⁻⁶/℃), vil det genereres termisk stress når temperaturen endres, noe som kan forårsake små sprekker eller vridning på overflaten av waferen.
Denne typen deformasjon vil påvirke etsedybden og vertikaliteten til sideveggen, noe som fører til at dimensjonene til de etsede sporene, gjennomgående hull og andre strukturer avviker fra designkravene. På samme måte kan forskjellen i termisk ekspansjon i tynnfilmavsetningsprosessen forårsake indre spenninger i den avsatte tynne filmen, noe som fører til problemer som sprekkdannelser og avskalling av filmen, noe som påvirker brikkens elektriske ytelse og langsiktige pålitelighet. Bruk av granittbaser med en termisk ekspansjonskoeffisient som ligner på silisiummaterialer kan effektivt redusere termisk spenning og sikre stabiliteten og nøyaktigheten til etse- og avsetningsprosessene.
Pakkefase: Termisk uoverensstemmelse forårsaker pålitelighetsproblemer
I halvlederpakkefasen er kompatibiliteten av de termiske ekspansjonskoeffisientene mellom brikken og pakkematerialet (som epoksyharpiks, keramikk osv.) av avgjørende betydning. Den termiske ekspansjonskoeffisienten til silisium, kjernematerialet i brikker, er relativt lav, mens den for de fleste pakkematerialer er relativt høy. Når temperaturen på brikken endres under bruk, vil det oppstå termisk spenning mellom brikken og pakkematerialet på grunn av uoverensstemmelser i termiske ekspansjonskoeffisientene.
Denne termiske belastningen, under påvirkning av gjentatte temperatursykluser (som oppvarming og avkjøling under brikkens drift), kan føre til utmattingssprekker i loddeforbindelsene mellom brikken og pakkesubstratet, eller føre til at bindingstrådene på brikkens overflate faller av, noe som til slutt resulterer i svikt i brikkens elektriske forbindelse. Ved å velge pakkesubstratmaterialer med en termisk utvidelseskoeffisient nær silisiummaterialer og bruke granitttestplattformer med utmerket termisk stabilitet for nøyaktighetsdeteksjon under pakkeprosessen, kan problemet med termisk avvik reduseres effektivt, pakkesikkerheten forbedres og brikkens levetid forlenges.
Kontroll av produksjonsmiljøet: Koordinert stabilitet av utstyr og fabrikkbygninger
I tillegg til å påvirke produksjonsprosessen direkte, er den termiske utvidelseskoeffisienten også relatert til den generelle miljøkontrollen i halvlederfabrikker. I store halvlederproduksjonsverksteder kan faktorer som start og stopp av klimaanlegg og varmespredning fra utstyrsklynger forårsake svingninger i miljøtemperaturen. Hvis den termiske utvidelseskoeffisienten i fabrikkgulvet, utstyrsbaser og annen infrastruktur er for høy, vil langsiktige temperaturendringer føre til at gulvet sprekker og utstyrsfundamentet forskyves, noe som påvirker nøyaktigheten til presisjonsutstyr som fotolitografimaskiner og etsemaskiner.
Ved å bruke granittbaser som utstyrsstøtter og kombinere dem med fabrikkbyggematerialer med lave termiske utvidelseskoeffisienter, kan man skape et stabilt produksjonsmiljø, noe som reduserer hyppigheten av utstyrskalibrering og vedlikeholdskostnader forårsaket av termisk deformasjon i miljøet, og sikrer langsiktig stabil drift av halvlederproduksjonslinjen.
Termisk utvidelseskoeffisient går gjennom hele livssyklusen til halvlederproduksjon, fra materialvalg og prosesskontroll til emballasje og testing. Virkningen av termisk utvidelse må tas nøye i betraktning i alle ledd. Granittbaser, med sin ultralave termiske utvidelseskoeffisient og andre utmerkede egenskaper, gir et stabilt fysisk grunnlag for halvlederproduksjon og blir en viktig garanti for å fremme utviklingen av brikkeproduksjonsprosesser mot høyere presisjon.
Publiseringstid: 20. mai 2025