ההשפעה הספציפית של מקדם ההתפשטות התרמית על ייצור מוליכים למחצה.

​
בתחום ייצור המוליכים למחצה, השואף לדיוק מרבי, מקדם ההתפשטות התרמית הוא אחד הפרמטרים המרכזיים המשפיעים על איכות המוצר ויציבות הייצור. לאורך כל התהליך, החל מפוטוליתוגרפיה, איכול ועד לאריזה, ההבדלים במקדמי ההתפשטות התרמית של חומרים יכולים להפריע לדיוק הייצור בדרכים שונות. עם זאת, בסיס הגרניט, עם מקדם ההתפשטות התרמית הנמוך במיוחד שלו, הפך למפתח לפתרון בעיה זו.
תהליך ליתוגרפיה: עיוות תרמי גורם לסטיית תבנית
פוטוליתוגרפיה היא שלב מרכזי בייצור מוליכים למחצה. באמצעות מכונת פוטוליתוגרפיה, דפוסי המעגלים על המסכה מועברים אל פני השטח של פרוסת הוופל המצופה בפוטורזיסט. במהלך תהליך זה, ניהול התרמי בתוך מכונת הפוטוליתוגרפיה ויציבות שולחן העבודה הם בעלי חשיבות חיונית. קחו לדוגמה חומרי מתכת מסורתיים. מקדם ההתפשטות התרמית שלהם הוא כ-12×10⁻⁶/℃. במהלך פעולת מכונת הפוטוליתוגרפיה, החום הנוצר על ידי מקור אור הלייזר, עדשות אופטיות ורכיבים מכניים יגרום לטמפרטורת הציוד לעלות ב-5-10 מעלות צלזיוס. אם שולחן העבודה של מכונת הליתוגרפיה משתמש בבסיס מתכת, בסיס באורך מטר אחד עלול לגרום לעיוות התפשטות של 60-120 מיקרומטר, מה שיוביל לשינוי במיקום היחסי בין המסכה לפרוסת הוופל.
בתהליכי ייצור מתקדמים (כגון 3 ננומטר ו-2 ננומטר), מרווח הטרנזיסטורים הוא רק כמה ננומטרים. עיוות תרמי זעיר שכזה מספיק כדי לגרום לחוסר יישור של תבנית הפוטוליתוגרפיה, מה שמוביל לחיבורי טרנזיסטור חריגים, קצרים או מעגלים פתוחים ובעיות אחרות, וכתוצאה מכך לכשל ישיר בתפקודי השבב. מקדם ההתפשטות התרמית של בסיס הגרניט נמוך עד 0.01 מיקרומטר/°C (כלומר, (1-2) ×10⁻⁶/°C), והעיוות תחת אותו שינוי טמפרטורה הוא רק 1/10-1/5 מזה של מתכת. זה יכול לספק פלטפורמה יציבה לנשיאת עומס עבור מכונת הפוטוליתוגרפיה, להבטיח העברה מדויקת של תבנית הפוטוליתוגרפיה ולשפר משמעותית את תפוקת ייצור השבבים.

איכול ותצהיר: משפיעים על דיוק הממדים של המבנה
איכול ודיפוש הם התהליכים המרכזיים לבניית מבני מעגלים תלת-ממדיים על פני הוופל. במהלך תהליך האיכול, הגז הריאקטיבי עובר תגובה כימית עם חומר השטח של הוופל. במקביל, רכיבים כמו ספק כוח RF ובקרת זרימת הגז בתוך הציוד מייצרים חום, מה שגורם לעלייה בטמפרטורת הוופל ורכיבי הציוד. אם מקדם ההתפשטות התרמית של נשא הוופל או בסיס הציוד אינו תואם לזה של הוופל (מקדם ההתפשטות התרמית של חומר סיליקון הוא כ-2.6×10⁻⁶/℃), ייווצר עומס תרמי כאשר הטמפרטורה משתנה, מה שעלול לגרום לסדקים זעירים או עיוותים על פני הוופל.
סוג זה של עיוות ישפיע על עומק האיכול ועל האנכיות של דופן הצד, ויגרום למידות החריצים האיכולים, החורים העוברים ומבנים אחרים לסטות מדרישות התכנון. באופן דומה, בתהליך שיקוע שכבה דקה, ההבדל בהתפשטות תרמית עלול לגרום למאמץ פנימי בשכבה הדקה המופקדת, מה שמוביל לבעיות כגון סדקים וקילוף של הסרט, מה שמשפיע על הביצועים החשמליים ועל האמינות ארוכת הטווח של השבב. השימוש בבסיסי גרניט בעלי מקדם התפשטות תרמית הדומה לזה של חומרי סיליקון יכול להפחית ביעילות את המאמץ התרמי ולהבטיח את היציבות והדיוק של תהליכי האיכול וההפקדה.
שלב האריזה: אי התאמה תרמית גורמת לבעיות אמינות
בשלב אריזת המוליכים למחצה, תאימות מקדמי ההתפשטות התרמית בין השבב לחומר האריזה (כגון שרף אפוקסי, קרמיקה וכו') היא בעלת חשיבות חיונית. מקדם ההתפשטות התרמית של סיליקון, חומר הליבה של השבבים, הוא נמוך יחסית, בעוד שמקדם ההתפשטות התרמית של רוב חומרי האריזה הוא גבוה יחסית. כאשר טמפרטורת השבב משתנה במהלך השימוש, ייווצר עומס תרמי בין השבב לחומר האריזה עקב חוסר התאמה של מקדמי ההתפשטות התרמית.
מאמץ תרמי זה, תחת השפעת מחזורי טמפרטורה חוזרים ונשנים (כגון חימום וקירור במהלך פעולת השבב), יכול להוביל לסדיקה עקב עייפות של חיבורי ההלחמה בין השבב למצע האריזה, או לגרום לחוטי ההדבקה על פני השבב ליפול, וכתוצאה מכך בסופו של דבר לכשל בחיבור החשמלי של השבב. על ידי בחירת חומרי מצע אריזה בעלי מקדם התפשטות תרמית הקרוב לזה של חומרי סיליקון ושימוש בפלטפורמות בדיקה גרניט בעלות יציבות תרמית מצוינת לגילוי דיוק במהלך תהליך האריזה, ניתן להפחית ביעילות את בעיית אי ההתאמה התרמית, לשפר את אמינות האריזה ולהאריך את חיי השירות של השבב.
בקרת סביבת ייצור: יציבות מתואמת של ציוד ומבני מפעל
בנוסף להשפעה הישירה על תהליך הייצור, מקדם ההתפשטות התרמית קשור גם לבקרה הסביבתית הכוללת של מפעלי מוליכים למחצה. בסדנאות גדולות לייצור מוליכים למחצה, גורמים כמו הפעלה ועצירה של מערכות מיזוג אוויר ופיזור חום של אשכולות ציוד יכולים לגרום לתנודות בטמפרטורת הסביבה. אם מקדם ההתפשטות התרמית של רצפת המפעל, בסיסי הציוד ותשתיות אחרות גבוה מדי, שינויי טמפרטורה ארוכי טווח יגרמו לסדקים ברצפה ולזוזת יסודות הציוד, ובכך ישפיעו על הדיוק של ציוד מדויק כגון מכונות פוטוליתוגרפיה ומכונות איכול.
באמצעות שימוש בבסיסי גרניט כתומכים לציוד ושילובם עם חומרי בנייה למפעלים בעלי מקדמי התפשטות תרמית נמוכים, ניתן ליצור סביבת ייצור יציבה, להפחית את תדירות כיול הציוד ועלויות התחזוקה הנגרמות מעיוות תרמי סביבתי, ולהבטיח פעולה יציבה לטווח ארוך של קו הייצור של מוליכים למחצה.
מקדם ההתפשטות התרמית עובר לאורך כל מחזור החיים של ייצור מוליכים למחצה, החל מבחירת החומרים, בקרת התהליך ועד לאריזה והבדיקה. יש לקחת בחשבון בקפדנות את השפעת ההתפשטות התרמית בכל שלב. בסיסי גרניט, עם מקדם ההתפשטות התרמית הנמוך במיוחד שלהם ותכונות מצוינות אחרות, מספקים בסיס פיזי יציב לייצור מוליכים למחצה והופכים לערובה חשובה לקידום פיתוח תהליכי ייצור שבבים לקראת דיוק גבוה יותר.