Na área de fabricação de semicondutores, a precisão é a chave para a qualidade e o desempenho do produto. Equipamentos de medição de semicondutores, como um elo fundamental para garantir a precisão da produção, impõem requisitos quase rigorosos à estabilidade de seus principais componentes. Entre eles, a plataforma de granito, com sua excelente estabilidade térmica, desempenha um papel indispensável em equipamentos de medição de semicondutores. Este artigo realizará uma análise aprofundada do desempenho da estabilidade térmica de plataformas de granito em equipamentos de medição de semicondutores por meio de dados de testes reais.
Os requisitos rigorosos para a estabilidade térmica dos equipamentos de medição na fabricação de semicondutores
O processo de fabricação de semicondutores é extremamente complexo e preciso, e a largura das linhas do circuito no chip atingiu o nível nanométrico. Em um processo de fabricação de alta precisão, mesmo a menor variação de temperatura pode causar expansão e contração térmica dos componentes do equipamento, desencadeando erros de medição. Por exemplo, no processo de fotolitografia, se a precisão da medição do equipamento de medição se desviar em 1 nanômetro, isso pode causar problemas sérios, como curtos-circuitos ou circuitos abertos nos circuitos do chip, levando ao descarte do chip. De acordo com estatísticas da indústria, para cada flutuação de 1°C na temperatura, a plataforma tradicional de equipamentos de medição de materiais metálicos pode sofrer alterações dimensionais de vários nanômetros. No entanto, a fabricação de semicondutores exige que a precisão da medição seja controlada dentro de ±0,1 nanômetro, o que torna a estabilidade térmica um fator-chave para determinar se o equipamento de medição pode atender às demandas da fabricação de semicondutores.
Vantagens teóricas da estabilidade térmica de plataformas de granito
O granito, como um tipo de pedra natural, possui uma cristalização mineral interna compacta, uma estrutura densa e uniforme e possui a vantagem natural da estabilidade térmica. Em termos de coeficiente de expansão térmica, o coeficiente de expansão térmica do granito é extremamente baixo, geralmente variando de 4,5 a 6,5 × 10⁻⁶/K. Em contraste, o coeficiente de expansão térmica de materiais metálicos comuns, como ligas de alumínio, chega a 23,8 × 10⁻⁶/K, o que é várias vezes maior que o do granito. Isso significa que, sob as mesmas condições de variação de temperatura, a variação dimensional da plataforma de granito é muito menor do que a da plataforma metálica, o que pode fornecer uma referência de medição mais estável para equipamentos de medição de semicondutores.
Além disso, a estrutura cristalina do granito confere-lhe excelente uniformidade na condução de calor. Quando o equipamento em operação gera calor ou a temperatura ambiente muda, a plataforma de granito pode conduzir o calor de forma rápida e uniforme, evitando fenômenos de superaquecimento ou superresfriamento local, mantendo assim, de forma eficaz, a consistência geral da temperatura da plataforma e garantindo ainda mais a estabilidade da precisão da medição.
O processo e método de medição de estabilidade térmica
Para avaliar com precisão a estabilidade térmica da plataforma de granito em equipamentos de medição de semicondutores, projetamos um rigoroso esquema de medição. Selecionamos um instrumento de medição de wafer semicondutor de alta precisão, equipado com uma plataforma de granito processada com alta precisão. No ambiente experimental, simulamos a faixa de variação de temperatura comum na oficina de fabricação de semicondutores, ou seja, aquecimento gradual de 20°C a 35°C e resfriamento subsequente de volta a 20°C. Todo o processo durou 8 horas.
Na plataforma de granito do instrumento de medição, são colocadas pastilhas de silício padrão de alta precisão, e sensores de deslocamento com precisão nanométrica são utilizados para monitorar as mudanças de posição relativa entre as pastilhas de silício e a plataforma em tempo real. Enquanto isso, múltiplos sensores de temperatura de alta precisão são dispostos em diferentes posições na plataforma para monitorar a distribuição de temperatura na superfície da plataforma. Durante o experimento, os dados de deslocamento e de temperatura foram registrados a cada 15 minutos para garantir a integridade e a precisão dos dados.
Dados medidos e análise de resultados
A relação entre mudanças de temperatura e mudanças no tamanho da plataforma
Dados experimentais mostram que, quando a temperatura sobe de 20°C para 35°C, a variação no tamanho linear da plataforma de granito é extremamente pequena. Após os cálculos, durante todo o processo de aquecimento, a expansão linear máxima da plataforma é de apenas 0,3 nanômetros, valor muito inferior à faixa de tolerância de erro para precisão de medição em processos de fabricação de semicondutores. Durante o estágio de resfriamento, o tamanho da plataforma pode retornar quase completamente ao estado inicial, e o fenômeno de atraso da variação de tamanho pode ser ignorado. Essa característica de manter variações dimensionais extremamente baixas, mesmo sob flutuações significativas de temperatura, comprova plenamente a excelente estabilidade térmica da plataforma de granito.
Análise da uniformidade da temperatura na superfície da plataforma
Os dados coletados pelo sensor de temperatura mostram que, durante a operação do equipamento e o processo de variação de temperatura, a distribuição de temperatura na superfície da plataforma de granito é extremamente uniforme. Mesmo durante a fase de variação de temperatura mais intensa, a diferença de temperatura entre cada ponto de medição na superfície da plataforma é sempre controlada dentro de ±0,1°C. A distribuição uniforme de temperatura evita efetivamente a deformação da plataforma causada por estresse térmico irregular, garantindo a planura e a estabilidade da superfície de referência de medição e proporcionando um ambiente de medição confiável para equipamentos de metrologia de semicondutores.
Comparado com plataformas de materiais tradicionais
Os dados medidos da plataforma de granito foram comparados com os do equipamento de medição de semicondutores do mesmo tipo, utilizando a plataforma de liga de alumínio, e as diferenças foram significativas. Sob as mesmas condições de variação de temperatura, a expansão linear da plataforma de liga de alumínio chegou a 2,5 nanômetros, o que é mais de oito vezes maior que a da plataforma de granito. Ao mesmo tempo, a distribuição de temperatura na superfície da plataforma de liga de alumínio é desigual, com a diferença máxima de temperatura atingindo 0,8°C, resultando em deformação evidente da plataforma e afetando seriamente a precisão da medição.
No mundo preciso dos equipamentos de metrologia de semicondutores, as plataformas de granito, com sua excelente estabilidade térmica, tornaram-se o pilar fundamental para garantir a precisão das medições. Os dados medidos comprovam fortemente o excelente desempenho da plataforma de granito em resposta a variações de temperatura, fornecendo suporte técnico confiável para a indústria de fabricação de semicondutores. À medida que os processos de fabricação de semicondutores avançam em direção a uma maior precisão, a vantagem da estabilidade térmica das plataformas de granito se tornará cada vez mais proeminente, impulsionando continuamente a inovação tecnológica e o desenvolvimento na indústria.
Horário de publicação: 13 de maio de 2025