En üst düzeyde hassasiyetin peşinde olan 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 çeşitli şekillerde üretim doğruluğunu etkileyebilir. Ancak, ultra düşük termal genleşme katsayısına sahip granit taban, bu sorunu çözmenin anahtarı haline gelmiştir.
Litografi işlemi: Termal deformasyon desen sapmasına neden olur
Fotolitografi, yarı iletken üretiminin temel bir adımıdır. Bir fotolitografi makinesi aracılığıyla, maskedeki devre desenleri fotorezistle kaplanmış gofretin yüzeyine aktarılır. Bu işlem sırasında, fotolitografi makinesinin içindeki termal yönetim ve çalışma tablasının kararlılığı 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 gofret arasındaki bağıl konumda bir kaymaya yol açacaktır.
Gelişmiş üretim süreçlerinde (3nm ve 2nm gibi), transistör aralığı yalnızca birkaç nanometredir. Bu kadar küçük bir termal deformasyon, fotolitografi deseninin yanlış hizalanmasına neden olmak için yeterlidir ve bu da anormal transistör bağlantılarına, kısa devrelere veya açık devrelere ve doğrudan çip işlevlerinin başarısızlığına yol açan diğer sorunlara neden olur. Granit tabanının termal genleşme katsayısı 0,01 μm/°C kadar düşüktür (yani, (1-2) ×10⁻⁶/℃) ve aynı sıcaklık değişimi altındaki deformasyon, metalin deformasyonunun yalnızca 1/10-1/5'idir. Fotolitografi makinesi için kararlı bir yük taşıma platformu sağlayabilir, fotolitografi deseninin hassas bir şekilde aktarılmasını sağlar ve çip üretiminin verimini 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 arada, ekipmanın içindeki RF güç kaynağı ve gaz akış kontrolü gibi bileşenler ısı üretir ve 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 eğilmelere neden olabilir.
Bu tür bir deformasyon, aşındırma derinliğini ve yan duvarın dikeyliğini etkileyerek, aşındırılmış olukların, deliklerin ve diğer yapıların boyutlarının tasarım gereksinimlerinden sapmasına neden olur. Benzer şekilde, ince film biriktirme işleminde, termal genleşmedeki fark, biriktirilen ince filmde iç gerilime neden olabilir ve bu da 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 stres meydana gelir.
Tekrarlanan sıcaklık döngülerinin (çipin çalışması sırasında ısıtma ve soğutma gibi) etkisi altındaki bu termal gerilim, çip ile paketleme alt tabakası arasındaki lehim bağlantılarının yorulma çatlamasına yol açabilir veya çip yüzeyindeki bağlama tellerinin düşmesine neden olarak nihayetinde çipin elektriksel bağlantısının bozulmasına neden olabilir. Paketleme alt tabakası malzemelerini silikon malzemelere yakın bir termal genleşme katsayısına sahip olarak seçerek ve paketleme işlemi sırasında doğruluk tespiti için mükemmel termal kararlılığa sahip granit test platformları kullanarak termal uyumsuzluk sorunu etkili bir şekilde azaltılabilir, paketlemenin güvenilirliği artırılabilir ve çipin hizmet ömrü uzatılabilir.
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 ilgilidir. Büyük yarı iletken üretim atölyelerinde, klima sistemlerinin başlatılması ve durdurulması ve ekipman kümelerinin ısı dağılımı gibi faktörler çevre sıcaklığında dalgalanmalara neden olabilir. Fabrika zemininin, ekipman tabanlarının ve diğer altyapının termal genleşme katsayısı çok yüksekse, uzun vadeli sıcaklık değişiklikleri zeminin çatlamasına ve ekipman temelinin kaymasına neden olur ve böylece fotolitografi makineleri ve aşındırma makineleri gibi hassas ekipmanların doğruluğunu 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.
Termal genleşme katsayısı, yarı iletken üretiminin tüm yaşam döngüsü boyunca, malzeme seçiminden, proses kontrolüne, paketleme ve teste kadar uzanır. Termal genleşmenin etkisi her bağlantıda kesinlikle dikkate alınmalıdır. Ultra düşük termal genleşme katsayısı 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.
Gönderi zamanı: 20-Mayıs-2025