У галіне вытворчасці паўправаднікоў дакладнасць з'яўляецца жыццёва важным фактарам якасці і прадукцыйнасці прадукцыі. Паўправадніковае вымяральнае абсталяванне, як ключавое звяно для забеспячэння дакладнасці вытворчасці, прад'яўляе амаль строгія патрабаванні да стабільнасці сваіх асноўных кампанентаў. Сярод іх гранітная платформа, якая валодае выдатнай тэрмічнай стабільнасцю, адыгрывае незаменную ролю ў паўправадніковым вымяральным абсталяванні. У гэтым артыкуле будзе праведзены паглыблены аналіз характарыстык тэрмічнай стабільнасці гранітных платформаў у паўправадніковым вымяральным абсталяванні на аснове рэальных дадзеных выпрабаванняў.
Строгія патрабаванні да тэрмічнай стабільнасці вымяральнага абсталявання ў вытворчасці паўправаднікоў
Працэс вытворчасці паўправаднікоў надзвычай складаны і дакладны, а шырыня ліній ланцуга на чыпе дасягнула нанаметровага ўзроўню. У такім высокадакладным вытворчым працэсе нават найменшае змяненне тэмпературы можа выклікаць цеплавое пашырэнне і сцісканне кампанентаў абсталявання, што прывядзе да памылак вымярэнняў. Напрыклад, у працэсе фоталітаграфіі, калі дакладнасць вымярэнняў вымяральнага абсталявання адхіляецца на 1 нанаметр, гэта можа выклікаць сур'ёзныя праблемы, такія як кароткія замыканні або разрывы ў ланцугах на чыпе, што прывядзе да яго паломкі. Згодна са статыстычнымі дадзенымі галіны, на кожныя ваганні тэмпературы на 1℃ традыцыйная платформа вымяральнага абсталявання для металічных матэрыялаў можа зведаць змены памераў на некалькі нанаметраў. Аднак вытворчасць паўправаднікоў патрабуе кантролю дакладнасці вымярэнняў у межах ±0,1 нанаметра, што робіць цеплавую стабільнасць ключавым фактарам пры вызначэнні таго, ці можа вымяральнае абсталяванне адпавядаць патрабаванням вытворчасці паўправаднікоў.
Тэарэтычныя перавагі тэрмічнай стабільнасці гранітных платформаў
Граніт, як від прыроднага каменя, мае шчыльную ўнутраную мінеральную крышталізацыю, шчыльную і аднастайную структуру, а таксама валодае натуральнай перавагай тэрмічнай стабільнасці. Што тычыцца каэфіцыента цеплавога пашырэння, то ён надзвычай нізкі і звычайна складае ад 4,5 да 6,5×10⁻⁶/K. У адрозненне ад гэтага, каэфіцыент цеплавога пашырэння распаўсюджаных металічных матэрыялаў, такіх як алюмініевыя сплавы, дасягае 23,8×10⁻⁶/K, што ў некалькі разоў перавышае паказчыкі граніту. Гэта азначае, што пры аднолькавых умовах ваганняў тэмпературы змена памераў гранітнай платформы значна меншая, чым у металічнай платформы, што можа забяспечыць больш стабільную вымяральную базу для паўправадніковага вымяральнага абсталявання.
Акрамя таго, крышталічная структура граніту забяспечвае яму выдатную аднастайнасць цеплаправоднасці. Калі абсталяванне выпрацоўвае цяпло або тэмпература навакольнага асяроддзя змяняецца, гранітная платформа можа хутка і раўнамерна адводзіць цяпло, пазбягаючы лакальнага перагрэву або пераахалоджвання, тым самым эфектыўна падтрымліваючы агульную стабільнасць тэмпературы платформы і дадаткова забяспечваючы стабільнасць дакладнасці вымярэнняў.
Працэс і метад вымярэння тэрмічнай стабільнасці
Каб дакладна ацаніць тэрмічную стабільнасць гранітнай платформы ў паўправадніковым вымяральным абсталяванні, мы распрацавалі строгую схему вымярэння. Выбралі высокадакладны вымяральны прыбор для паўправадніковых пласцін, абсталяваны звышдакладнай апрацаванай гранітнай платформай. У эксперыментальных умовах мадэлявалі звычайны дыяпазон ваганняў тэмпературы ў цэху па вытворчасці паўправаднікоў, гэта значыць паступовае награванне ад 20℃ да 35℃, а затым астуджэнне да 20℃. Увесь працэс доўжыўся 8 гадзін.
На гранітнай платформе вымяральнага прыбора размешчаны высокадакладныя стандартныя крэмніевыя пласціны, а датчыкі перамяшчэння з нанамаштабнай дакладнасцю выкарыстоўваюцца для маніторынгу змяненняў адноснага становішча паміж крэмніевымі пласцінамі і платформай у рэжыме рэальнага часу. Тым часам некалькі высокадакладных датчыкаў тэмпературы размешчаны ў розных месцах на платформе для маніторынгу размеркавання тэмпературы на паверхні платформы. Падчас эксперыменту дадзеныя аб перамяшчэнні і тэмпературы запісваліся кожныя 15 хвілін, каб забяспечыць паўнату і дакладнасць дадзеных.
Вымераныя дадзеныя і аналіз вынікаў
Сувязь паміж зменамі тэмпературы і зменамі памеру платформы
Эксперыментальныя дадзеныя паказваюць, што пры павышэнні тэмпературы з 20℃ да 35℃ змена лінейных памераў гранітнай платформы надзвычай малая. Пасля разліку, на працягу ўсяго працэсу награвання, максімальнае лінейнае пашырэнне платформы складае ўсяго 0,3 нанаметра, што значна ніжэй за дыяпазон дапушчальных памылак для дакладнасці вымярэнняў у працэсах вытворчасці паўправаднікоў. Падчас стадыі астуджэння памер платформы можа амаль цалкам вярнуцца да зыходнага стану, і з'явай затрымкі змены памеру можна занядбаць. Гэтая характарыстыка падтрымання надзвычай нізкіх змен памераў нават пры значных ваганнях тэмпературы цалкам пацвярджае выдатную тэрмічную стабільнасць гранітнай платформы.
Аналіз аднастайнасці тэмпературы на паверхні платформы
Дадзеныя, сабраныя тэмпературным датчыкам, паказваюць, што падчас працы абсталявання і працэсу змены тэмпературы размеркаванне тэмпературы на паверхні гранітнай платформы надзвычай раўнамернае. Нават падчас этапу, калі тэмпература змяняецца найбольш інтэнсіўна, розніца тэмператур паміж кожнай кропкай вымярэння на паверхні платформы заўсёды кантралюецца ў межах ±0,1℃. Раўнамернае размеркаванне тэмпературы эфектыўна прадухіляе дэфармацыю платформы, выкліканую нераўнамерным цеплавым напружаннем, забяспечваючы роўнасць і стабільнасць вымяральнай паверхні і ствараючы надзейнае асяроддзе вымярэння для паўправадніковага метралагічнага абсталявання.
У параўнанні з традыцыйнымі матэрыяльнымі платформамі
Вымераныя дадзеныя гранітнай платформы былі параўнаны з дадзенымі паўправадніковага вымяральнага абсталявання таго ж тыпу, якое выкарыстоўвае платформу з алюмініевага сплаву, і адрозненні былі значнымі. Пры аднолькавых умовах змены тэмпературы лінейнае пашырэнне платформы з алюмініевага сплаву дасягала 2,5 нанаметра, што больш чым у восем разоў перавышае паказчыкі гранітнай платформы. Пры гэтым размеркаванне тэмпературы на паверхні платформы з алюмініевага сплаву было нераўнамерным, максімальная розніца тэмператур дасягала 0,8℃, што прывяло да відавочнай дэфармацыі платформы і сур'ёзна паўплывала на дакладнасць вымярэнняў.
У свеце дакладнага паўправадніковага метралагічнага абсталявання гранітныя платформы, дзякуючы сваёй выдатнай тэрмічнай стабільнасці, сталі асновай для забеспячэння дакладнасці вымярэнняў. Вымераныя дадзеныя пераканаўча пацвярджаюць выдатную прадукцыйнасць гранітнай платформы ў рэакцыі на змены тэмпературы, забяспечваючы надзейную тэхнічную падтрымку для паўправадніковай прамысловасці. Па меры таго, як працэсы вытворчасці паўправаднікоў развіваюцца ў бок павышэння дакладнасці, перавага гранітных платформаў у тэрмічнай стабільнасці будзе станавіцца ўсё больш прыкметнай, пастаянна стымулюючы тэхналагічныя інавацыі і развіццё ў галіне.
Час публікацыі: 13 мая 2025 г.