מדידת יציבות תרמית של פלטפורמות גרניט בציוד מדידה של מוליכים למחצה.

​
בתחום ייצור המוליכים למחצה, דיוק הוא חבל ההצלה של איכות וביצועי המוצר. ציוד מדידה של מוליכים למחצה, כגורם מפתח להבטחת דיוק ייצור, מטיל דרישות כמעט מחמירות על יציבות רכיביו המרכזיים. ביניהם, פלטפורמת הגרניט, עם יציבותה התרמית יוצאת הדופן, ממלאת תפקיד חיוני בציוד מדידה של מוליכים למחצה. מאמר זה יבצע ניתוח מעמיק של ביצועי היציבות התרמית של פלטפורמות גרניט בציוד מדידה של מוליכים למחצה באמצעות נתוני בדיקה בפועל.
הדרישות המחמירות ליציבות תרמית של ציוד מדידה בייצור מוליכים למחצה
תהליך ייצור מוליכים למחצה הוא מורכב ומדויק ביותר, ורוחב קווי המעגלים על השבב הגיע לרמת ננומטר. בתהליך ייצור מדויק שכזה, אפילו שינוי הטמפרטורה הקל ביותר יכול לגרום להתפשטות תרמית ולהתכווצות של רכיבי הציוד, ובכך לגרום לשגיאות מדידה. לדוגמה, בתהליך הפוטוליתוגרפיה, אם דיוק המדידה של ציוד המדידה סוטה בננומטר אחד, הדבר עלול לגרום לבעיות חמורות כמו קצרים או מעגלים פתוחים במעגלים על השבב, מה שמוביל לגריטה של ​​השבב. על פי נתוני התעשייה, על כל תנודת טמפרטורה של 1 מעלות צלזיוס, פלטפורמת ציוד המדידה המסורתית מחומרי מתכת עשויה לעבור שינויים ממדיים של כמה ננומטרים. עם זאת, ייצור מוליכים למחצה דורש שליטה בדיוק המדידה בטווח של ±0.1 ננומטר, מה שהופך את היציבות התרמית לגורם מפתח בקביעת האם ציוד המדידה יכול לעמוד בדרישות ייצור המוליכים למחצה.

יתרונות תיאורטיים של יציבות תרמית של פלטפורמות גרניט
גרניט, כאבן טבעית, בעל התגבשות מינרלית פנימית קומפקטית, מבנה צפוף ואחיד, ויתרון טבעי של יציבות תרמית. מבחינת מקדם ההתפשטות התרמית, מקדם ההתפשטות התרמית של גרניט נמוך ביותר, בדרך כלל נע בין 4.5 ל-6.5×10⁻⁶/K. לעומת זאת, מקדם ההתפשטות התרמית של חומרים מתכתיים נפוצים כמו סגסוגות אלומיניום גבוה עד 23.8×10⁻⁶/K, שהוא פי כמה מזה של גרניט. משמעות הדבר היא שתחת אותם תנאי שינוי טמפרטורה, שינוי הממדים של פלטפורמת הגרניט קטן בהרבה מזה של פלטפורמת המתכת, מה שיכול לספק ייחוס מדידה יציב יותר עבור ציוד מדידה של מוליכים למחצה.
בנוסף, מבנה הגביש של הגרניט מעניק לו אחידות מצוינת של הולכת חום. כאשר פעולת הציוד מייצרת חום או שטמפרטורת הסביבה משתנה, פלטפורמת הגרניט יכולה לנהל את החום במהירות ובאופן שווה, תוך הימנעות מתופעות התחממות יתר או קירור יתר מקומיות, ובכך לשמור ביעילות על עקביות הטמפרטורה הכוללת של הפלטפורמה ולהבטיח עוד יותר את יציבות דיוק המדידה.
התהליך והשיטה של ​​מדידת יציבות תרמית
על מנת להעריך במדויק את היציבות התרמית של פלטפורמת הגרניט בציוד מדידה של מוליכים למחצה, עיצבנו תוכנית מדידה קפדנית. בחרנו מכשיר מדידה של פרוסות מוליכים למחצה מדויקות במיוחד, המצויד בפלטפורמת גרניט מעובדת מדויקת במיוחד. בסביבת הניסוי, בוצע סימולציה של טווח שינויי הטמפרטורה הנפוץ בסדנת ייצור המוליכים למחצה, כלומר, חימום הדרגתי מ-20℃ ל-35℃ ולאחר מכן קירור חזרה ל-20℃. התהליך כולו נמשך 8 שעות.
על גבי משטח הגרניט של מכשיר המדידה, ממוקמות פרוסות סיליקון סטנדרטיות בדיוק גבוה, וחיישני תזוזה בעלי דיוק ננומטרי משמשים לניטור שינויי המיקום היחסיים בין פרוסות הסיליקון לפלטפורמה בזמן אמת. בינתיים, מספר חיישני טמפרטורה מדויקים מסודרים במיקומים שונים על הפלטפורמה כדי לנטר את התפלגות הטמפרטורה על פני הפלטפורמה. במהלך הניסוי, נתוני התזוזה ונתוני הטמפרטורה נרשמו כל 15 דקות כדי להבטיח את שלמות ודיוק הנתונים.
נתונים נמדדים וניתוח תוצאות
הקשר בין שינויי טמפרטורה לשינויים בגודל הפלטפורמה
נתונים ניסויים מראים שכאשר הטמפרטורה עולה מ-20 מעלות צלזיוס ל-35 מעלות צלזיוס, השינוי בגודל הליניארי של פלטפורמת הגרניט הוא קטן ביותר. לאחר החישוב, לאורך כל תהליך החימום, ההתפשטות הליניארית המקסימלית של הפלטפורמה היא רק 0.3 ננומטר, נתון נמוך בהרבה מטווח סבילות השגיאה לדיוק מדידה בתהליכי ייצור מוליכים למחצה. במהלך שלב הקירור, גודל הפלטפורמה יכול לחזור כמעט לחלוטין למצב ההתחלתי, וניתן להתעלם מתופעת השהיית הגודל. מאפיין זה של שמירה על שינויים ממדיים נמוכים במיוחד גם תחת תנודות טמפרטורה משמעותיות מאשר באופן מלא את היציבות התרמית המצוינת של פלטפורמת הגרניט.
ניתוח אחידות הטמפרטורה על פני השטח של הפלטפורמה
הנתונים שנאספו על ידי חיישן הטמפרטורה מראים שבמהלך פעולת הציוד ותהליך שינוי הטמפרטורה, פיזור הטמפרטורה על פני משטח הגרניט אחיד ביותר. אפילו בשלב שבו הטמפרטורה משתנה בצורה העזה ביותר, הפרש הטמפרטורה בין כל נקודת מדידה על פני המשטח נשלט תמיד בטווח של ±0.1℃. פיזור טמפרטורה אחיד מונע ביעילות עיוות של המשטח הנגרם על ידי מאמץ תרמי לא אחיד, מבטיח את השטיחות והיציבות של משטח הייחוס למדידה, ומספק סביבת מדידה אמינה לציוד מטרולוגיה של מוליכים למחצה.
בהשוואה לפלטפורמות חומרים מסורתיות
הנתונים הנמדדים של פלטפורמת הגרניט הושוו לאלו של ציוד מדידת מוליכים למחצה מאותו סוג המשתמש בפלטפורמת סגסוגת אלומיניום, וההבדלים היו משמעותיים. תחת אותם תנאי שינוי טמפרטורה, ההתפשטות הליניארית של פלטפורמת סגסוגת האלומיניום גבוהה עד 2.5 ננומטר, שהיא יותר מפי שמונה מזו של פלטפורמת הגרניט. בינתיים, פיזור הטמפרטורה על פני פלטפורמת סגסוגת האלומיניום אינו אחיד, כאשר הפרש הטמפרטורה המרבי מגיע ל-0.8 ℃, מה שגורם לעיוות ברור של הפלטפורמה ומשפיע קשות על דיוק המדידה.
בעולם המדויק של ציוד המטרולוגיה של מוליכים למחצה, פלטפורמות גרניט, עם יציבותן התרמית יוצאת הדופן, הפכו לעמוד התווך בהבטחת דיוק המדידה. הנתונים הנמדדים מוכיחים בצורה חזקה את הביצועים המצוינים של פלטפורמת הגרניט בתגובה לשינויי טמפרטורה, ומספקים תמיכה טכנית אמינה לתעשיית ייצור המוליכים למחצה. ככל שתהליכי ייצור המוליכים למחצה מתקדמים לעבר דיוק גבוה יותר, יתרון היציבות התרמית של פלטפורמות גרניט יהפוך לבולט יותר ויותר, ויניע באופן מתמיד חדשנות ופיתוח טכנולוגיים בתעשייה.