В области производства полупроводников точность является жизненно важным фактором качества и производительности продукции. Полупроводниковое измерительное оборудование, как ключевое звено для обеспечения точности производства, предъявляет почти строгие требования к стабильности своих основных компонентов. Среди них гранитная платформа, с ее выдающейся термической стабильностью, играет незаменимую роль в полупроводниковом измерительном оборудовании. В этой статье будет проведен углубленный анализ характеристик термической стабильности гранитных платформ в полупроводниковом измерительном оборудовании с использованием фактических данных испытаний.
Жесткие требования к термостойкости измерительной аппаратуры в производстве полупроводников
Процесс производства полупроводников чрезвычайно сложен и точен, а ширина линий схемы на чипе достигла нанометрового уровня. В таком высокоточном производственном процессе даже малейшее изменение температуры может вызвать тепловое расширение и сжатие компонентов оборудования, тем самым вызывая ошибки измерения. Например, в процессе фотолитографии, если точность измерения измерительного оборудования отклоняется на 1 нанометр, это может вызвать серьезные проблемы, такие как короткие замыкания или обрывы в цепях на чипе, что приводит к утилизации чипа. Согласно статистическим данным отрасли, при каждом колебании температуры на 1℃ традиционная платформа измерительного оборудования из металлического материала может претерпеть размерные изменения в несколько нанометров. Однако производство полупроводников требует, чтобы точность измерения контролировалась в пределах ±0,1 нанометра, что делает термическую стабильность ключевым фактором при определении того, может ли измерительное оборудование соответствовать требованиям производства полупроводников.
Теоретические преимущества термостойкости гранитных платформ
Гранит, как вид натурального камня, имеет компактную внутреннюю минеральную кристаллизацию, плотную и однородную структуру и обладает естественным преимуществом термической стабильности. С точки зрения коэффициента термического расширения, коэффициент термического расширения гранита чрезвычайно низок, обычно в диапазоне от 4,5 до 6,5×10⁻⁶/K. Напротив, коэффициент термического расширения обычных металлических материалов, таких как алюминиевые сплавы, достигает 23,8×10⁻⁶/K, что в несколько раз больше, чем у гранита. Это означает, что при тех же условиях изменения температуры изменение размеров гранитной платформы намного меньше, чем у металлической платформы, что может обеспечить более стабильный эталон измерения для полупроводникового измерительного оборудования.
Кроме того, кристаллическая структура гранита обеспечивает ему превосходную однородность теплопроводности. Когда работа оборудования генерирует тепло или изменяется температура окружающей среды, гранитная платформа может быстро и равномерно отводить тепло, избегая локальных явлений перегрева или переохлаждения, тем самым эффективно поддерживая общую температурную последовательность платформы и дополнительно обеспечивая стабильность точности измерений.
Процесс и метод измерения термостойкости
Для точной оценки термической стабильности гранитной платформы в измерительном оборудовании полупроводников мы разработали строгую схему измерений. Выберите высокоточный измерительный прибор для полупроводниковых пластин, который оснащен сверхточной обработанной гранитной платформой. В экспериментальной среде был смоделирован обычный диапазон изменения температуры в цехе по производству полупроводников, то есть постепенное нагревание от 20℃ до 35℃, а затем охлаждение обратно до 20℃. Весь процесс длился 8 часов.
На гранитной платформе измерительного прибора размещены высокоточные стандартные кремниевые пластины, а датчики смещения с наномасштабной точностью используются для мониторинга изменений относительного положения между кремниевыми пластинами и платформой в реальном времени. Между тем, несколько высокоточных датчиков температуры расположены в разных местах на платформе для мониторинга распределения температуры на поверхности платформы. Во время эксперимента данные смещения и данные температуры регистрировались каждые 15 минут, чтобы гарантировать полноту и точность данных.
Измеренные данные и анализ результатов
Связь между изменениями температуры и изменениями размера платформы
Экспериментальные данные показывают, что при повышении температуры от 20℃ до 35℃ изменение линейного размера гранитной платформы крайне мало. После расчета, на протяжении всего процесса нагрева, максимальное линейное расширение платформы составляет всего 0,3 нанометра, что намного ниже диапазона допуска погрешности для точности измерений в процессах производства полупроводников. На этапе охлаждения размер платформы может почти полностью вернуться к исходному состоянию, и явление запаздывания изменения размера можно игнорировать. Эта характеристика поддержания крайне низких размерных изменений даже при значительных колебаниях температуры полностью подтверждает выдающуюся термическую стабильность гранитной платформы.
Анализ равномерности температуры на поверхности платформы
Данные, собранные датчиком температуры, показывают, что во время работы оборудования и процесса изменения температуры распределение температуры на поверхности гранитной платформы чрезвычайно равномерно. Даже на этапе, когда температура изменяется наиболее интенсивно, разница температур между каждой точкой измерения на поверхности платформы всегда контролируется в пределах ±0,1℃. Равномерное распределение температуры эффективно предотвращает деформацию платформы, вызванную неравномерным термическим напряжением, обеспечивая плоскостность и стабильность эталонной поверхности измерения и обеспечивая надежную среду измерения для полупроводникового метрологического оборудования.
По сравнению с традиционными материальными платформами
Измеренные данные гранитной платформы сравнивались с данными полупроводникового измерительного оборудования того же типа, использующего платформу из алюминиевого сплава, и различия были значительными. При тех же условиях изменения температуры линейное расширение платформы из алюминиевого сплава достигает 2,5 нанометров, что более чем в восемь раз больше, чем у гранитной платформы. Между тем, распределение температуры на поверхности платформы из алюминиевого сплава неравномерно, при этом максимальная разница температур достигает 0,8 ℃, что приводит к очевидной деформации платформы и серьезно влияет на точность измерения.
В мире точного полупроводникового метрологического оборудования гранитные платформы с их выдающейся термостойкостью стали основой обеспечения точности измерений. Измеренные данные убедительно доказывают выдающуюся производительность гранитной платформы в реагировании на изменения температуры, обеспечивая надежную техническую поддержку для полупроводниковой промышленности. По мере того, как процессы производства полупроводников продвигаются к более высокой точности, преимущество термостойкости гранитных платформ будет становиться все более заметным, непрерывно стимулируя технологические инновации и развитие в отрасли.
Время публикации: 13 мая 2025 г.