U području proizvodnje poluvodiča, koje teži vrhunskoj preciznosti, koeficijent toplinskog širenja jedan je od ključnih parametara koji utječu na kvalitetu proizvoda i stabilnost proizvodnje. Tijekom cijelog procesa, od fotolitografije, jetkanja do pakiranja, razlike u koeficijentima toplinskog širenja materijala mogu na različite načine utjecati na točnost proizvodnje. Međutim, granitna baza, sa svojim ultra niskim koeficijentom toplinskog širenja, postala je ključ za rješavanje ovog problema.
Litografski proces: Toplinska deformacija uzrokuje odstupanje uzorka
Fotolitografija je ključni korak u proizvodnji poluvodiča. Pomoću fotolitografskog stroja, uzorci strujnih krugova na maski prenose se na površinu pločice obložene fotorezistom. Tijekom ovog procesa, upravljanje toplinom unutar fotolitografskog stroja i stabilnost radnog stola su od vitalne važnosti. Uzmimo za primjer tradicionalne metalne materijale. Njihov koeficijent toplinskog širenja iznosi približno 12×10⁻⁶/℃. Tijekom rada fotolitografskog stroja, toplina koju stvara laserski izvor svjetlosti, optičke leće i mehaničke komponente uzrokovat će porast temperature opreme za 5-10 ℃. Ako radni stol litografskog stroja koristi metalnu bazu, baza duga 1 metar može uzrokovati deformaciju širenja od 60-120 μm, što će dovesti do pomaka relativnog položaja između maske i pločice.
U naprednim proizvodnim procesima (kao što su 3nm i 2nm), razmak između tranzistora je samo nekoliko nanometara. Takva mala toplinska deformacija dovoljna je da uzrokuje neusklađenost uzorka fotolitografije, što dovodi do abnormalnih veza tranzistora, kratkih spojeva ili otvorenih krugova i drugih problema, što izravno rezultira kvarom funkcija čipa. Koeficijent toplinskog širenja granitne baze je nizak do 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 fotolitografski stroj, osiguravajući precizan prijenos uzorka fotolitografije i značajno poboljšavajući prinos proizvodnje čipa.
Jetkanje i taloženje: Utječu na dimenzijsku točnost strukture
Jetkanje i taloženje ključni su procesi za konstrukciju trodimenzionalnih sklopovskih struktura na površini pločice. Tijekom procesa jetkanja, reaktivni plin kemijski reagira s površinskim materijalom pločice. U međuvremenu, komponente poput RF napajanja i kontrole protoka plina unutar opreme stvaraju toplinu, što uzrokuje porast temperature pločice i komponenti opreme. Ako se koeficijent toplinskog širenja nosača pločice ili baze opreme ne podudara s koeficijentom pločice (koeficijent toplinskog širenja silicijskog materijala iznosi približno 2,6 × 10⁻⁶/℃), pri promjeni temperature stvorit će se toplinsko naprezanje, što može uzrokovati sitne pukotine ili savijanje na površini pločice.
Ova vrsta deformacije utjecat će na dubinu jetkanja i vertikalnost bočne stijenke, uzrokujući odstupanje dimenzija jetkanih žljebova, prolaznih rupa i drugih struktura od projektnih zahtjeva. Slično tome, u procesu taloženja tankog filma, razlika u toplinskom širenju može uzrokovati unutarnje naprezanje u taloženom tankom filmu, što dovodi do problema poput pucanja i ljuštenja filma, što utječe na električne performanse i dugoročnu pouzdanost čipa. Korištenje granitnih podloga s koeficijentom toplinskog širenja sličnim onome kod silicijskih materijala može učinkovito smanjiti toplinsko naprezanje i osigurati stabilnost i točnost procesa jetkanja i taloženja.
Faza pakiranja: Toplinska neusklađenost uzrokuje probleme s pouzdanošću
U fazi pakiranja poluvodiča, kompatibilnost koeficijenata toplinskog širenja između čipa i materijala za pakiranje (kao što su epoksidna smola, keramika itd.) od vitalne je važnosti. Koeficijent toplinskog širenja silicija, jezgrenog materijala čipova, relativno je nizak, dok je kod većine materijala za pakiranje relativno visok. Kada se temperatura čipa promijeni tijekom upotrebe, doći će do toplinskog naprezanja između čipa i materijala za pakiranje zbog neusklađenosti koeficijenata toplinskog širenja.
Ovo toplinsko naprezanje, pod utjecajem ponovljenih temperaturnih ciklusa (kao što su zagrijavanje i hlađenje tijekom rada čipa), može dovesti do pucanja lemnih spojeva uslijed zamora između čipa i podloge za pakiranje ili uzrokovati otpadanje žica za spajanje na površini čipa, što u konačnici rezultira prekidom električne veze čipa. Odabirom materijala za podlogu za pakiranje s koeficijentom toplinskog širenja bliskim onome kod silicijskih materijala i korištenjem granitnih ispitnih platformi s izvrsnom toplinskom stabilnošću za točnost otkrivanja tijekom procesa pakiranja, problem toplinske neusklađenosti može se učinkovito smanjiti, pouzdanost pakiranja može se poboljšati, a vijek trajanja čipa može se produžiti.
Kontrola proizvodnog okruženja: Koordinirana stabilnost opreme i tvorničkih zgrada
Osim što izravno utječe na proizvodni proces, koeficijent toplinskog širenja povezan je i s ukupnom kontrolom okoline u tvornicama poluvodiča. U velikim radionicama za proizvodnju poluvodiča, čimbenici poput pokretanja i zaustavljanja klima uređaja i odvođenja topline s klastera opreme mogu uzrokovati fluktuacije temperature okoline. Ako je koeficijent toplinskog širenja tvorničkog poda, podnožja opreme i ostale infrastrukture previsok, dugotrajne promjene temperature uzrokovat će pucanje poda i pomicanje podnožja opreme, što će utjecati na točnost precizne opreme poput fotolitografskih strojeva i strojeva za jetkanje.
Korištenjem granitnih podloga kao nosača opreme i kombiniranjem s građevinskim materijalima tvornica s niskim koeficijentima toplinskog širenja, može se stvoriti stabilno proizvodno okruženje, smanjujući učestalost kalibracije opreme i troškove održavanja uzrokovane toplinskom deformacijom okoliša, te osiguravajući dugoročni stabilan rad proizvodne linije poluvodiča.
Koeficijent toplinskog širenja prolazi kroz cijeli životni ciklus proizvodnje poluvodiča, od odabira materijala, kontrole procesa do pakiranja i testiranja. Utjecaj toplinskog širenja treba strogo uzeti u obzir u svakoj karici. Granitne baze, sa svojim ultra niskim koeficijentom toplinskog širenja i drugim izvrsnim svojstvima, pružaju stabilnu fizičku osnovu za proizvodnju poluvodiča i postaju važno jamstvo za promicanje razvoja procesa proizvodnje čipova prema većoj preciznosti.
Vrijeme objave: 20. svibnja 2025.