В области производства полупроводников точность является залогом качества и производительности продукции. Измерительное оборудование для полупроводников, как ключевое звено в обеспечении точности производства, предъявляет практически строгие требования к стабильности своих основных компонентов. Среди них гранитная платформа, обладающая выдающейся термостойкостью, играет незаменимую роль в измерительном оборудовании для полупроводников. В данной статье будет проведен углубленный анализ характеристик термостойкости гранитных платформ в измерительном оборудовании для полупроводников на основе данных реальных испытаний.
Жесткие требования к термической стабильности измерительного оборудования в полупроводниковом производстве.
Процесс производства полупроводников чрезвычайно сложен и точен, а ширина линий цепей на чипе достигла нанометрового уровня. В таком высокоточном процессе производства даже малейшее изменение температуры может вызвать тепловое расширение и сжатие компонентов оборудования, что приводит к ошибкам измерений. 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 приведет к браку чипа. Согласно отраслевым статистическим данным, при каждом колебании температуры на 1 ℃ традиционная платформа измерительного оборудования для металлических материалов может претерпевать изменения размеров на несколько нанометров. Однако в производстве полупроводников требуется точность измерения в пределах ±0,1 нанометра, что делает термическую стабильность ключевым фактором, определяющим, сможет ли измерительное оборудование соответствовать требованиям полупроводникового производства.
Теоретические преимущества термической стабильности гранитных платформ
Гранит, как природный камень, обладает плотной внутренней кристаллической структурой, высокой плотностью и однородностью, а также природным преимуществом — термостойкостью. Коэффициент теплового расширения гранита чрезвычайно низок и обычно составляет от 4,5 до 6,5 × 10⁻⁶/К. В отличие от него, коэффициент теплового расширения обычных металлических материалов, таких как алюминиевые сплавы, достигает 23,8 × 10⁻⁶/К, что в несколько раз выше, чем у гранита. Это означает, что при одинаковых температурных условиях изменение размеров гранитной платформы значительно меньше, чем у металлической, что обеспечивает более стабильный эталон измерения для полупроводникового измерительного оборудования.
Кроме того, кристаллическая структура гранита обеспечивает ему превосходную равномерность теплопроводности. При работе оборудования и изменении температуры окружающей среды гранитная платформа быстро и равномерно отводит тепло, предотвращая локальный перегрев или переохлаждение, тем самым эффективно поддерживая общую температурную стабильность платформы и обеспечивая стабильность точности измерений.
Процесс и метод измерения термической стабильности.
Для точной оценки термической стабильности гранитной платформы в измерительном оборудовании для полупроводниковых пластин мы разработали строгую схему измерения. Был выбран высокоточный измерительный прибор для полупроводниковых пластин, оснащенный сверхточной гранитной платформой. В экспериментальных условиях был смоделирован типичный диапазон изменения температуры в цехе полупроводникового производства, а именно: постепенный нагрев от 20℃ до 35℃ с последующим охлаждением до 20℃. Весь процесс длился 8 часов.
На гранитной платформе измерительного прибора размещены высокоточные стандартные кремниевые пластины, а датчики перемещения с наноразмерной точностью отслеживают изменения относительного положения между кремниевыми пластинами и платформой в режиме реального времени. Одновременно с этим, на платформе в разных местах расположены многочисленные высокоточные датчики температуры для контроля распределения температуры на поверхности платформы. В ходе эксперимента данные о перемещении и температуре регистрировались каждые 15 минут для обеспечения полноты и точности данных.
Анализ измеренных данных и результатов.
Взаимосвязь между изменениями температуры и изменениями размеров платформы.
Экспериментальные данные показывают, что при повышении температуры с 20℃ до 35℃ изменение линейного размера гранитной платформы чрезвычайно мало. После расчетов выяснилось, что на протяжении всего процесса нагрева максимальное линейное расширение платформы составляет всего 0,3 нанометра, что значительно ниже допустимой погрешности измерений в процессах производства полупроводников. На стадии охлаждения размер платформы практически полностью возвращается к исходному состоянию, и явление запаздывания изменения размера можно игнорировать. Эта характеристика сохранения чрезвычайно малых изменений размеров 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 равномерное. Даже на этапе наиболее интенсивных изменений температуры 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 плоскость и стабильность измерительной эталонной поверхности и создавая надежные условия измерения для оборудования полупроводниковой метрологии.
По сравнению с традиционными материальными платформами
Измеренные данные, полученные с помощью гранитной платформы, были сопоставлены с данными, полученными с помощью измерительного оборудования для полупроводников того же типа, использующего платформу из алюминиевого сплава, и различия оказались значительными. При одинаковых условиях изменения температуры линейное расширение платформы из алюминиевого сплава достигает 2,5 нанометров, что более чем в восемь раз превышает расширение гранитной платформы. При этом распределение температуры на поверхности платформы из алюминиевого сплава неравномерно, максимальная разница температур достигает 0,8 ℃, что приводит к заметной деформации платформы и серьезно влияет на точность измерений.
В мире высокоточной полупроводниковой метрологии гранитные платформы, обладающие выдающейся термической стабильностью, стали основой обеспечения точности измерений. Полученные данные убедительно доказывают превосходную способность гранитных платформ реагировать на изменения температуры, обеспечивая надежную техническую поддержку полупроводниковой промышленности. По мере развития полупроводниковых производственных процессов в направлении повышения точности, преимущество гранитных платформ в отношении термической стабильности будет становиться все более очевидным, постоянно стимулируя технологические инновации и развитие в отрасли.
Дата публикации: 13 мая 2025 г.