En yüksek hassasiyetin peşinde koşan yarı iletken üretim alanında, termal genleşme katsayısı, ürün kalitesini ve üretim istikrarını etkileyen temel parametrelerden biridir. Fotolitografiden aşındırmaya ve paketlemeye kadar tüm süreç boyunca, malzemelerin termal genleşme katsayılarındaki farklılıklar, üretim doğruluğunu çeşitli şekillerde etkileyebilir. Ancak, ultra düşük termal genleşme katsayısına sahip granit taban, bu sorunun çözümünde anahtar haline gelmiştir.
Litografi işlemi: Termal deformasyon desen sapmasına neden olur
Fotolitografi, yarı iletken üretiminin temel bir adımıdır. Bir fotolitografi makinesi aracılığıyla, maske üzerindeki devre desenleri fotorezist kaplı yonga yüzeyine aktarılır. Bu işlem sırasında, fotolitografi makinesinin içindeki termal yönetim ve çalışma tablasının stabilitesi hayati önem taşır. Geleneksel metal malzemeleri örnek olarak ele alalım. Termal genleşme katsayıları yaklaşık 12×10⁻⁶/℃'dir. Fotolitografi makinesinin çalışması sırasında, lazer ışık kaynağı, optik lensler ve mekanik bileşenler tarafından üretilen ısı, ekipman sıcaklığının 5-10℃ artmasına neden olur. Litografi makinesinin çalışma tablası metal bir taban kullanıyorsa, 1 metre uzunluğundaki bir taban 60-120 μm'lik bir genleşme deformasyonuna neden olabilir ve bu da maske ile yonga arasındaki göreceli konumda bir kaymaya yol açar.
Gelişmiş üretim süreçlerinde (3 nm ve 2 nm gibi), transistör aralığı yalnızca birkaç nanometredir. Bu kadar küçük bir termal deformasyon, fotolitografi deseninin hizasız olmasına, anormal transistör bağlantılarına, kısa devrelere veya açık devrelere ve diğer sorunlara yol açarak doğrudan çip işlevlerinin bozulmasına neden olabilir. Granit tabanın termal genleşme katsayısı 0,01 μm/°C (yani (1-2) ×10⁻⁶/℃) kadar düşüktür ve aynı sıcaklık değişimindeki deformasyon, metalin deformasyonunun yalnızca 1/10-1/5'i kadardır. Fotolitografi makinesi için istikrarlı bir yük taşıma platformu sağlayarak, fotolitografi deseninin hassas bir şekilde aktarılmasını sağlar ve çip üretim verimliliğini önemli ölçüde artırır.
Aşındırma ve biriktirme: Yapının boyut doğruluğunu etkiler
Aşındırma ve biriktirme, yonga yüzeyinde üç boyutlu devre yapıları oluşturmak için temel işlemlerdir. Aşındırma işlemi sırasında, reaktif gaz, yonganın yüzey malzemesiyle kimyasal bir reaksiyona girer. Bu sırada, ekipmanın içindeki RF güç kaynağı ve gaz akış kontrolü gibi bileşenler ısı üreterek yonganın ve ekipman bileşenlerinin sıcaklığının artmasına neden olur. Yonga taşıyıcısının veya ekipman tabanının termal genleşme katsayısı, yonganınkiyle uyuşmuyorsa (silikon malzemenin termal genleşme katsayısı yaklaşık 2,6×10⁻⁶/℃'dir), sıcaklık değiştiğinde termal stres oluşur ve bu da yonganın yüzeyinde küçük çatlaklara veya eğrilmelere neden olabilir.
Bu tür bir deformasyon, aşındırma derinliğini ve yan duvarın dikeyliğini etkileyerek, aşındırılmış olukların, deliklerin ve diğer yapıların boyutlarının tasarım gerekliliklerinden sapmasına neden olur. Benzer şekilde, ince film biriktirme işleminde, termal genleşmedeki fark, biriktirilen ince filmde iç gerilime neden olarak filmin çatlaması ve soyulması gibi sorunlara yol açabilir ve bu da çipin elektriksel performansını ve uzun vadeli güvenilirliğini etkiler. Silikon malzemelere benzer bir termal genleşme katsayısına sahip granit tabanların kullanılması, termal gerilimi etkili bir şekilde azaltabilir ve aşındırma ve biriktirme işlemlerinin kararlılığını ve doğruluğunu sağlayabilir.
Paketleme aşaması: Termal uyumsuzluk güvenilirlik sorunlarına neden olur
Yarı iletken paketleme aşamasında, çip ile paketleme malzemesi (epoksi reçine, seramik vb.) arasındaki termal genleşme katsayılarının uyumluluğu hayati önem taşır. Çiplerin çekirdek malzemesi olan silikonun termal genleşme katsayısı nispeten düşükken, çoğu paketleme malzemesininki nispeten yüksektir. Kullanım sırasında çipin sıcaklığı değiştiğinde, termal genleşme katsayılarının uyumsuzluğu nedeniyle çip ile paketleme malzemesi arasında termal gerilim oluşur.
Tekrarlanan sıcaklık döngülerinin (çipin çalışması sırasındaki ısınma ve soğuma gibi) etkisi altındaki bu termal gerilim, çip ile paketleme alt tabakası arasındaki lehim bağlantılarında yorulma çatlamasına veya çip yüzeyindeki bağlantı tellerinin kopmasına neden olarak çipin elektriksel bağlantısının bozulmasına yol açabilir. Paketleme alt tabakası malzemelerinin, silikon malzemelere yakın bir termal genleşme katsayısına sahip olması ve paketleme işlemi sırasında hassas tespit için mükemmel termal kararlılığa sahip granit test platformları kullanılması, termal uyumsuzluk sorununu etkili bir şekilde azaltabilir, paketlemenin güvenilirliğini artırabilir ve çipin kullanım ömrünü uzatabilir.
Üretim ortamının kontrolü: Ekipman ve fabrika binalarının koordineli istikrarı
Üretim sürecini doğrudan etkilemenin yanı sıra, termal genleşme katsayısı aynı zamanda yarı iletken fabrikalarının genel çevre kontrolüyle de ilişkilidir. Büyük yarı iletken üretim atölyelerinde, klima sistemlerinin çalıştırılması ve durdurulması ve ekipman kümelerinin ısı dağılımı gibi faktörler ortam sıcaklığında dalgalanmalara neden olabilir. Fabrika zemininin, ekipman tabanlarının ve diğer altyapıların termal genleşme katsayısı çok yüksekse, uzun vadeli sıcaklık değişiklikleri zeminin çatlamasına ve ekipman temelinin kaymasına neden olarak fotolitografi makineleri ve aşındırma makineleri gibi hassas ekipmanların hassasiyetini etkiler.
Granit tabanların ekipman destekleri olarak kullanılması ve düşük termal genleşme katsayılı fabrika yapı malzemeleri ile birleştirilmesiyle, istikrarlı bir üretim ortamı yaratılabilir, çevresel termal deformasyondan kaynaklanan ekipman kalibrasyon ve bakım maliyetlerinin sıklığı azaltılabilir ve yarı iletken üretim hattının uzun vadede istikrarlı çalışması sağlanabilir.
Isıl genleşme katsayısı, malzeme seçiminden proses kontrolüne, paketleme ve teste kadar yarı iletken üretiminin tüm yaşam döngüsünü kapsar. Isıl genleşmenin etkisi her aşamada titizlikle değerlendirilmelidir. Ultra düşük ısıl genleşme katsayıları ve diğer mükemmel özellikleriyle granit tabanlar, yarı iletken üretimi için istikrarlı bir fiziksel temel sağlar ve çip üretim süreçlerinin daha yüksek hassasiyete doğru gelişimini teşvik etmek için önemli bir garanti haline gelir.
Gönderim zamanı: 20 Mayıs 2025