Í framleiðslu hálfleiðara er nákvæmni líflína gæða og afkasta vöru. Mælibúnaður fyrir hálfleiðara, sem lykilhlekkur til að tryggja nákvæmni framleiðslu, setur nánast strangar kröfur um stöðugleika kjarnaíhluta sinna. Meðal þeirra gegnir granítpallur, með framúrskarandi hitastöðugleika, ómissandi hlutverki í mælibúnaði fyrir hálfleiðara. Þessi grein mun framkvæma ítarlega greiningu á hitastöðugleika granítpalla í mælibúnaði fyrir hálfleiðara með því að nota raunveruleg prófunargögn.
Strangar kröfur um hitastöðugleika mælitækja í framleiðslu hálfleiðara
Framleiðsluferli hálfleiðara er afar flókið og nákvæmt og breidd rafrásalínanna á örgjörvanum hefur náð nanómetrastigi. Í slíku nákvæmu framleiðsluferli getur jafnvel minnsta hitastigsbreyting valdið varmaþenslu og samdrætti íhluta búnaðarins og þar með valdið mælivillum. Til dæmis, í ljósritunarferlinu, ef mælingarnákvæmni mælibúnaðarins víkur um 1 nanómetra, getur það valdið alvarlegum vandamálum eins og skammhlaupum eða opnum rafrásum í rafrásunum á örgjörvanum, sem leiðir til þess að örgjörvinn er farinn. Samkvæmt tölfræði úr greininni geta hefðbundnir mælitæki fyrir málmefni orðið fyrir víddarbreytingum upp á nokkra nanómetra fyrir hverja 1 ℃ sveiflu í hitastigi. Hins vegar krefst framleiðsla hálfleiðara þess að mælingarnákvæmnin sé stjórnað innan ±0,1 nanómetra, sem gerir hitastöðugleika að lykilþætti í því að ákvarða hvort mælibúnaðurinn geti uppfyllt kröfur framleiðslu hálfleiðara.
Fræðilegir kostir hitastöðugleika granítpalla
Granít, sem náttúrusteinn, hefur þétta innri steinefnakristallagerð, þétta og einsleita uppbyggingu og býr yfir þeim náttúrulega kostum að vera stöðugur í hitanum. Hvað varðar varmaþenslustuðull er varmaþenslustuðull graníts afar lágur, almennt á bilinu 4,5 til 6,5 × 10⁻⁶/K. Aftur á móti er varmaþenslustuðull algengra málmefna eins og álfelgna allt að 23,8 × 10⁻⁶/K, sem er margfalt hærri en hjá graníti. Þetta þýðir að við sömu hitastigsbreytingar er víddarbreyting granítpallsins mun minni en málmpallsins, sem getur veitt stöðugri mælingaviðmiðun fyrir hálfleiðaramælibúnað.
Að auki veitir kristalbygging granítsins framúrskarandi einsleitni í varmaleiðni. Þegar búnaðurinn myndar hita eða umhverfishitastig breytist getur granítpallurinn fljótt og jafnt leitt varmann burt, komið í veg fyrir staðbundna ofhitnun eða ofkælingu, og þannig viðhaldið stöðugleika hitastigs pallsins á áhrifaríkan hátt og tryggt enn frekar stöðugleika mælinganákvæmni.
Ferlið og aðferðin við mælingu á hitastöðugleika
Til að meta nákvæmlega hitastöðugleika granítpallsins í mælibúnaði fyrir hálfleiðara höfum við hannað nákvæma mæliaðferð. Við höfum valið nákvæmt mælitæki fyrir hálfleiðaraskífur, sem er búið granítpalli með mikilli nákvæmni. Í tilraunaumhverfinu var hermt eftir algengum hitasveiflum í hálfleiðaraverkstæðinu, þ.e. smám saman hitnað úr 20°C í 35°C og síðan kælt aftur niður í 20°C. Allt ferlið stóð yfir í 8 klukkustundir.
Á granítpalli mælitækisins eru staðsettar nákvæmar kísilplötur og nanómælir eru notaðir til að fylgjast með hlutfallslegum stöðubreytingum milli kísilplötunnar og pallsins í rauntíma. Á sama tíma eru margir nákvæmir hitamælir staðsettir á mismunandi stöðum á pallinum til að fylgjast með hitadreifingu á yfirborði pallsins. Meðan á tilrauninni stóð voru tilfærslugögn og hitagögn skráð á 15 mínútna fresti til að tryggja heilleika og nákvæmni gagnanna.
Mæld gögn og niðurstöðugreining
Sambandið milli hitastigsbreytinga og breytinga á stærð palla
Tilraunagögn sýna að þegar hitastigið hækkar úr 20°C í 35°C er breytingin á línulegri stærð granítpallsins afar lítil. Eftir útreikninga, í gegnum allt hitunarferlið, er hámarks línuleg útþensla pallsins aðeins 0,3 nanómetrar, sem er mun lægra en skekkjusviðið fyrir mælingarnákvæmni í framleiðsluferlum hálfleiðara. Á kælingarstiginu getur stærð pallsins næstum alveg farið aftur í upphafsástand og hægt er að hunsa töf á stærðarbreytingum. Þessi eiginleiki að viðhalda afar litlum víddarbreytingum, jafnvel við verulegar hitasveiflur, staðfestir að fullu framúrskarandi hitastöðugleika granítpallsins.
Greining á hitastigsjöfnuði á yfirborði pallsins
Gögnin sem hitaskynjarinn safnar sýna að meðan á notkun búnaðarins stendur og meðan á hitabreytingum stendur er hitadreifingin á yfirborði granítpallsins afar jöfn. Jafnvel á þeim tímapunktum þegar hitastigið breytist mest er hitamismunurinn á milli hvers mælipunkts á yfirborði pallsins alltaf stýrður innan ±0,1°C. Jöfn hitadreifing kemur í veg fyrir aflögun pallsins vegna ójafns hitaspennu, tryggir flatneskju og stöðugleika mæliviðmiðunarflatarins og veitir áreiðanlegt mæliumhverfi fyrir hálfleiðaramælibúnað.
Í samanburði við hefðbundna efnisvettvanga
Mæligögn granítpallsins voru borin saman við gögn úr hálfleiðaramælibúnaði af sömu gerð sem notar álpallinn og munurinn var marktækur. Við sömu hitastigsbreytingar er línuleg útþensla álpallsins allt að 2,5 nanómetrar, sem er meira en átta sinnum meiri en á granítpallinum. Á sama tíma er hitastigsdreifingin á yfirborði álpallsins ójöfn og hámarkshitamismunurinn nær 0,8°C, sem leiðir til augljósrar aflögunar pallsins og hefur alvarleg áhrif á mælingarnákvæmni.
Í nákvæmum heimi mælitækja fyrir hálfleiðara hafa granítpallar, með framúrskarandi hitastöðugleika sínum, orðið meginstoðin í að tryggja nákvæmni mælinga. Mæligögnin sanna sterklega framúrskarandi frammistöðu granítpallsins við að bregðast við hitastigsbreytingum og veita áreiðanlegan tæknilegan stuðning fyrir hálfleiðaraiðnaðinn. Þar sem framleiðsluferli hálfleiðara þróast í átt að meiri nákvæmni mun hitastöðugleiki granítpalla verða sífellt áberandi, sem knýr stöðugt áfram tækninýjungar og þróun í greininni.
Birtingartími: 13. maí 2025