સેમિકન્ડક્ટર મીટરિંગ સાધનોમાં ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મની થર્મલ સ્થિરતા માપવામાં આવી.

​
સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનના ક્ષેત્રમાં, ચોકસાઇ એ ઉત્પાદનની ગુણવત્તા અને કામગીરીની જીવનરેખા છે. સેમિકન્ડક્ટર મીટરિંગ સાધનો, ઉત્પાદન ચોકસાઈ સુનિશ્ચિત કરવા માટે એક મુખ્ય કડી તરીકે, તેના મુખ્ય ઘટકોની સ્થિરતા પર લગભગ કડક આવશ્યકતાઓ લાદે છે. તેમાંથી, ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મ, તેની ઉત્કૃષ્ટ થર્મલ સ્થિરતા સાથે, સેમિકન્ડક્ટર મીટરિંગ સાધનોમાં અનિવાર્ય ભૂમિકા ભજવે છે. આ લેખ વાસ્તવિક પરીક્ષણ ડેટા દ્વારા સેમિકન્ડક્ટર મીટરિંગ સાધનોમાં ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મના થર્મલ સ્થિરતા પ્રદર્શનનું ઊંડાણપૂર્વક વિશ્લેષણ કરશે.
સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં માપન સાધનોની થર્મલ સ્થિરતા માટેની કડક આવશ્યકતાઓ
સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન પ્રક્રિયા અત્યંત જટિલ અને સચોટ છે, અને ચિપ પર સર્કિટ લાઇનની પહોળાઈ નેનોમીટર સ્તર સુધી પહોંચી ગઈ છે. આવી ઉચ્ચ-ચોકસાઇ ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, તાપમાનમાં સહેજ ફેરફાર પણ સાધનોના ઘટકોના થર્મલ વિસ્તરણ અને સંકોચનનું કારણ બની શકે છે, જેના કારણે માપન ભૂલો થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ફોટોલિથોગ્રાફી પ્રક્રિયામાં, જો મીટરિંગ સાધનોની માપન ચોકસાઈ 1 નેનોમીટરથી વિચલિત થાય છે, તો તે ચિપ પરના સર્કિટમાં શોર્ટ સર્કિટ અથવા ઓપન સર્કિટ જેવી ગંભીર સમસ્યાઓનું કારણ બની શકે છે, જેના કારણે ચિપ સ્ક્રેપ થઈ જાય છે. ઉદ્યોગ ડેટા આંકડા અનુસાર, તાપમાનમાં દરેક 1℃ વધઘટ માટે, પરંપરાગત મેટલ મટિરિયલ મીટરિંગ સાધનો પ્લેટફોર્મમાં ઘણા નેનોમીટરના પરિમાણીય ફેરફારો થઈ શકે છે. જો કે, સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન માટે માપન ચોકસાઈને ±0.1 નેનોમીટરની અંદર નિયંત્રિત કરવાની જરૂર પડે છે, જે મીટરિંગ સાધનો સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનની માંગને પૂર્ણ કરી શકે છે કે કેમ તે નક્કી કરવા માટે થર્મલ સ્થિરતા એક મુખ્ય પરિબળ બનાવે છે.

ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મની થર્મલ સ્થિરતાના સૈદ્ધાંતિક ફાયદા
ગ્રેનાઈટ, એક પ્રકારના કુદરતી પથ્થર તરીકે, એક કોમ્પેક્ટ આંતરિક ખનિજ સ્ફટિકીકરણ, ગાઢ અને સમાન માળખું ધરાવે છે, અને થર્મલ સ્થિરતાનો કુદરતી ફાયદો ધરાવે છે. થર્મલ વિસ્તરણના ગુણાંકની દ્રષ્ટિએ, ગ્રેનાઈટના થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક અત્યંત ઓછો છે, જે સામાન્ય રીતે 4.5 થી 6.5×10⁻⁶/K સુધીનો હોય છે. તેનાથી વિપરીત, એલ્યુમિનિયમ એલોય જેવા સામાન્ય ધાતુ પદાર્થોના થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક 23.8×10⁻⁶/K જેટલો ઊંચો હોય છે, જે ગ્રેનાઈટ કરતા અનેક ગણો વધારે છે. આનો અર્થ એ છે કે સમાન તાપમાન ભિન્નતાની સ્થિતિમાં, ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મનો પરિમાણીય ફેરફાર મેટલ પ્લેટફોર્મ કરતા ઘણો નાનો હોય છે, જે સેમિકન્ડક્ટર મીટરિંગ સાધનો માટે વધુ સ્થિર માપન સંદર્ભ પ્રદાન કરી શકે છે.
વધુમાં, ગ્રેનાઈટની સ્ફટિક રચના તેને ગરમી વહનની ઉત્તમ એકરૂપતા આપે છે. જ્યારે સાધનોનું સંચાલન ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે અથવા આસપાસના તાપમાનમાં ફેરફાર થાય છે, ત્યારે ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મ ઝડપથી અને સમાનરૂપે ગરમીનું સંચાલન કરી શકે છે, સ્થાનિક ઓવરહિટીંગ અથવા ઓવરકૂલિંગ ઘટનાને ટાળી શકે છે, જેનાથી પ્લેટફોર્મની એકંદર તાપમાન સુસંગતતા અસરકારક રીતે જાળવી શકાય છે અને માપનની ચોકસાઈની સ્થિરતા વધુ સુનિશ્ચિત થાય છે.
થર્મલ સ્થિરતા માપનની પ્રક્રિયા અને પદ્ધતિ
સેમિકન્ડક્ટર મીટરિંગ સાધનોમાં ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મની થર્મલ સ્થિરતાનું સચોટ મૂલ્યાંકન કરવા માટે, અમે એક સખત માપન યોજના ડિઝાઇન કરી છે. ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા સેમિકન્ડક્ટર વેફર માપન સાધન પસંદ કરો, જે સુપર-ચોકસાઇવાળા પ્રોસેસ્ડ ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મથી સજ્જ છે. પ્રાયોગિક વાતાવરણમાં, સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન વર્કશોપમાં સામાન્ય તાપમાન ભિન્નતા શ્રેણીનું અનુકરણ કરવામાં આવ્યું હતું, એટલે કે, ધીમે ધીમે 20℃ થી 35℃ સુધી ગરમ કરવામાં આવ્યું હતું અને પછી 20℃ સુધી ઠંડુ કરવામાં આવ્યું હતું. આ સમગ્ર પ્રક્રિયા 8 કલાક સુધી ચાલી હતી.
માપન સાધનના ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મ પર, ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા પ્રમાણભૂત સિલિકોન વેફર્સ મૂકવામાં આવે છે, અને નેનોસ્કેલ ચોકસાઈવાળા ડિસ્પ્લેસમેન્ટ સેન્સરનો ઉપયોગ સિલિકોન વેફર્સ અને પ્લેટફોર્મ વચ્ચેના સંબંધિત સ્થાન ફેરફારોને વાસ્તવિક સમયમાં મોનિટર કરવા માટે થાય છે. દરમિયાન, પ્લેટફોર્મ સપાટી પર તાપમાન વિતરણનું નિરીક્ષણ કરવા માટે પ્લેટફોર્મ પર વિવિધ સ્થાનો પર બહુવિધ ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા તાપમાન સેન્સર ગોઠવાયેલા છે. પ્રયોગ દરમિયાન, ડેટાની સંપૂર્ણતા અને ચોકસાઈ સુનિશ્ચિત કરવા માટે દર 15 મિનિટે ડિસ્પ્લેસમેન્ટ ડેટા અને તાપમાન ડેટા રેકોર્ડ કરવામાં આવ્યો હતો.
માપેલ ડેટા અને પરિણામ વિશ્લેષણ
તાપમાનમાં ફેરફાર અને પ્લેટફોર્મના કદમાં ફેરફાર વચ્ચેનો સંબંધ
પ્રાયોગિક ડેટા દર્શાવે છે કે જ્યારે તાપમાન 20℃ થી 35℃ સુધી વધે છે, ત્યારે ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મના રેખીય કદમાં ફેરફાર અત્યંત નાનો હોય છે. ગણતરી પછી, સમગ્ર ગરમી પ્રક્રિયા દરમિયાન, પ્લેટફોર્મનું મહત્તમ રેખીય વિસ્તરણ માત્ર 0.3 નેનોમીટર છે, જે સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓમાં માપન ચોકસાઈ માટે ભૂલ સહિષ્ણુતા શ્રેણી કરતા ઘણું ઓછું છે. ઠંડકના તબક્કા દરમિયાન, પ્લેટફોર્મનું કદ લગભગ સંપૂર્ણપણે પ્રારંભિક સ્થિતિમાં પાછું આવી શકે છે, અને કદમાં ફેરફારની વિલંબની ઘટનાને અવગણી શકાય છે. નોંધપાત્ર તાપમાનના વધઘટ હેઠળ પણ અત્યંત ઓછા પરિમાણીય ફેરફારો જાળવવાની આ લાક્ષણિકતા ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મની ઉત્કૃષ્ટ થર્મલ સ્થિરતાને સંપૂર્ણપણે માન્ય કરે છે.
પ્લેટફોર્મ સપાટી પર તાપમાન એકરૂપતાનું વિશ્લેષણ
તાપમાન સેન્સર દ્વારા એકત્રિત કરવામાં આવેલ ડેટા દર્શાવે છે કે સાધનોના સંચાલન અને તાપમાનમાં ફેરફારની પ્રક્રિયા દરમિયાન, ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મની સપાટી પર તાપમાન વિતરણ અત્યંત સમાન હોય છે. તાપમાનમાં સૌથી વધુ તીવ્ર ફેરફાર થાય છે તે તબક્કા દરમિયાન પણ, પ્લેટફોર્મ સપાટી પરના દરેક માપન બિંદુ વચ્ચેનો તાપમાન તફાવત હંમેશા ±0.1℃ ની અંદર નિયંત્રિત થાય છે. સમાન તાપમાન વિતરણ અસમાન થર્મલ તાણને કારણે પ્લેટફોર્મ વિકૃતિને અસરકારક રીતે ટાળે છે, માપન સંદર્ભ સપાટીની સપાટતા અને સ્થિરતા સુનિશ્ચિત કરે છે, અને સેમિકન્ડક્ટર મેટ્રોલોજી સાધનો માટે વિશ્વસનીય માપન વાતાવરણ પૂરું પાડે છે.
પરંપરાગત મટિરિયલ પ્લેટફોર્મની તુલનામાં
ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મના માપેલા ડેટાની સરખામણી એલ્યુમિનિયમ એલોય પ્લેટફોર્મનો ઉપયોગ કરીને સમાન પ્રકારના સેમિકન્ડક્ટર મીટરિંગ સાધનો સાથે કરવામાં આવી હતી, અને તફાવતો નોંધપાત્ર હતા. સમાન તાપમાન પરિવર્તનની સ્થિતિમાં, એલ્યુમિનિયમ એલોય પ્લેટફોર્મનું રેખીય વિસ્તરણ 2.5 નેનોમીટર જેટલું ઊંચું છે, જે ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મ કરતા આઠ ગણું વધારે છે. દરમિયાન, એલ્યુમિનિયમ એલોય પ્લેટફોર્મની સપાટી પર તાપમાન વિતરણ અસમાન છે, મહત્તમ તાપમાન તફાવત 0.8℃ સુધી પહોંચે છે, જેના પરિણામે પ્લેટફોર્મ સ્પષ્ટ વિકૃતિ તરફ દોરી જાય છે અને માપનની ચોકસાઈને ગંભીર અસર કરે છે.
સેમિકન્ડક્ટર મેટ્રોલોજી સાધનોની ચોક્કસ દુનિયામાં, ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મ, તેમની ઉત્કૃષ્ટ થર્મલ સ્થિરતા સાથે, માપનની ચોકસાઈ સુનિશ્ચિત કરવામાં મુખ્ય આધાર બની ગયા છે. માપેલા ડેટા તાપમાનના ફેરફારોને પ્રતિભાવ આપવા માટે ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મના ઉત્કૃષ્ટ પ્રદર્શનને મજબૂત રીતે સાબિત કરે છે, જે સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન ઉદ્યોગ માટે વિશ્વસનીય તકનીકી સહાય પૂરી પાડે છે. જેમ જેમ સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓ ઉચ્ચ ચોકસાઇ તરફ આગળ વધશે, તેમ તેમ ગ્રેનાઈટ પ્લેટફોર્મનો થર્મલ સ્થિરતા લાભ વધુને વધુ અગ્રણી બનશે, જે ઉદ્યોગમાં તકનીકી નવીનતા અને વિકાસને સતત આગળ વધારશે.