સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન પર થર્મલ વિસ્તરણના ગુણાંકનો ચોક્કસ પ્રભાવ.

​
સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન ક્ષેત્રમાં, જે અંતિમ ચોકસાઇને અનુસરે છે, થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક એ મુખ્ય પરિમાણોમાંનો એક છે જે ઉત્પાદનની ગુણવત્તા અને ઉત્પાદન સ્થિરતાને અસર કરે છે. ફોટોલિથોગ્રાફી, એચિંગથી લઈને પેકેજિંગ સુધીની સમગ્ર પ્રક્રિયા દરમિયાન, સામગ્રીના થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંકમાં તફાવત વિવિધ રીતે ઉત્પાદન ચોકસાઈમાં દખલ કરી શકે છે. જો કે, ગ્રેનાઈટ બેઝ, તેના અતિ-નીચા થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક સાથે, આ સમસ્યાને ઉકેલવાની ચાવી બની ગયો છે.
લિથોગ્રાફી પ્રક્રિયા: થર્મલ ડિફોર્મેશન પેટર્ન વિચલનનું કારણ બને છે
ફોટોલિથોગ્રાફી એ સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં એક મુખ્ય પગલું છે. ફોટોલિથોગ્રાફી મશીન દ્વારા, માસ્ક પરના સર્કિટ પેટર્નને ફોટોરેઝિસ્ટથી કોટેડ વેફરની સપાટી પર સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ફોટોલિથોગ્રાફી મશીનની અંદરનું થર્મલ મેનેજમેન્ટ અને વર્કટેબલની સ્થિરતા ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. ઉદાહરણ તરીકે પરંપરાગત ધાતુની સામગ્રી લો. તેમના થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક આશરે 12×10⁻⁶/℃ છે. ફોટોલિથોગ્રાફી મશીનના સંચાલન દરમિયાન, લેસર પ્રકાશ સ્ત્રોત, ઓપ્ટિકલ લેન્સ અને યાંત્રિક ઘટકો દ્વારા ઉત્પન્ન થતી ગરમીને કારણે ઉપકરણનું તાપમાન 5-10 ℃ વધશે. જો લિથોગ્રાફી મશીનનું વર્કટેબલ મેટલ બેઝનો ઉપયોગ કરે છે, તો 1-મીટર લાંબો બેઝ 60-120 μm ના વિસ્તરણ વિકૃતિનું કારણ બની શકે છે, જે માસ્ક અને વેફર વચ્ચેની સંબંધિત સ્થિતિમાં ફેરફાર તરફ દોરી જશે.
અદ્યતન ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓમાં (જેમ કે 3nm અને 2nm), ટ્રાન્ઝિસ્ટર અંતર ફક્ત થોડા નેનોમીટર છે. આટલું નાનું થર્મલ વિકૃતિ ફોટોલિથોગ્રાફી પેટર્નને ખોટી રીતે ગોઠવવા માટે પૂરતું છે, જેના કારણે અસામાન્ય ટ્રાન્ઝિસ્ટર કનેક્શન, શોર્ટ સર્કિટ અથવા ઓપન સર્કિટ અને અન્ય સમસ્યાઓ થાય છે, જે સીધા ચિપ કાર્યોની નિષ્ફળતા તરફ દોરી જાય છે. ગ્રેનાઈટ બેઝનો થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક 0.01μm/°C (એટલે ​​\u200b\u200bકે, (1-2) ×10⁻⁶/℃) જેટલો ઓછો છે, અને સમાન તાપમાન ફેરફાર હેઠળ વિકૃતિ ધાતુના માત્ર 1/10-1/5 છે. તે ફોટોલિથોગ્રાફી મશીન માટે સ્થિર લોડ-બેરિંગ પ્લેટફોર્મ પૂરું પાડી શકે છે, જે ફોટોલિથોગ્રાફી પેટર્નના ચોક્કસ ટ્રાન્સફરને સુનિશ્ચિત કરે છે અને ચિપ ઉત્પાદનની ઉપજમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે.

કોતરણી અને નિક્ષેપ: રચનાની પરિમાણીય ચોકસાઈને અસર કરે છે
વેફર સપાટી પર ત્રિ-પરિમાણીય સર્કિટ માળખાં બનાવવા માટે એચિંગ અને ડિપોઝિશન એ મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ છે. એચિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, પ્રતિક્રિયાશીલ ગેસ વેફરની સપાટી સામગ્રી સાથે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થાય છે. દરમિયાન, ઉપકરણની અંદર RF પાવર સપ્લાય અને ગેસ પ્રવાહ નિયંત્રણ જેવા ઘટકો ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે, જેના કારણે વેફર અને ઉપકરણ ઘટકોનું તાપમાન વધે છે. જો વેફર કેરિયર અથવા ઉપકરણ આધારના થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક વેફર સાથે મેળ ખાતો નથી (સિલિકોન સામગ્રીના થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક આશરે 2.6×10⁻⁶/℃ છે), તો તાપમાનમાં ફેરફાર થાય ત્યારે થર્મલ તણાવ ઉત્પન્ન થશે, જે વેફરની સપાટી પર નાની તિરાડો અથવા વાર્પિંગનું કારણ બની શકે છે.
આ પ્રકારની વિકૃતિ બાજુની દિવાલની એચિંગ ઊંડાઈ અને ઊભીતાને અસર કરશે, જેના કારણે કોતરેલા ખાંચોના પરિમાણો, છિદ્રો અને અન્ય માળખાઓ દ્વારા ડિઝાઇન આવશ્યકતાઓથી વિચલિત થશે. તેવી જ રીતે, પાતળા ફિલ્મ ડિપોઝિશન પ્રક્રિયામાં, થર્મલ વિસ્તરણમાં તફાવત જમા થયેલી પાતળા ફિલ્મમાં આંતરિક તાણનું કારણ બની શકે છે, જેના કારણે ફિલ્મ ક્રેકીંગ અને છાલ જેવી સમસ્યાઓ થઈ શકે છે, જે ચિપની વિદ્યુત કામગીરી અને લાંબા ગાળાની વિશ્વસનીયતાને અસર કરે છે. સિલિકોન સામગ્રી જેવા થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંકવાળા ગ્રેનાઈટ પાયાનો ઉપયોગ અસરકારક રીતે થર્મલ તાણ ઘટાડી શકે છે અને એચિંગ અને ડિપોઝિશન પ્રક્રિયાઓની સ્થિરતા અને ચોકસાઈ સુનિશ્ચિત કરી શકે છે.
પેકેજિંગ સ્ટેજ: થર્મલ મિસમેચ વિશ્વસનીયતાના મુદ્દાઓનું કારણ બને છે
સેમિકન્ડક્ટર પેકેજિંગ તબક્કામાં, ચિપ અને પેકેજિંગ સામગ્રી (જેમ કે ઇપોક્સી રેઝિન, સિરામિક્સ, વગેરે) વચ્ચે થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંકની સુસંગતતા ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. ચિપ્સના મુખ્ય પદાર્થ, સિલિકોનનો થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક પ્રમાણમાં ઓછો હોય છે, જ્યારે મોટાભાગની પેકેજિંગ સામગ્રીનો તાપમાન પ્રમાણમાં ઊંચો હોય છે. જ્યારે ઉપયોગ દરમિયાન ચિપનું તાપમાન બદલાય છે, ત્યારે થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંકના મેળ ખાતા ન હોવાને કારણે ચિપ અને પેકેજિંગ સામગ્રી વચ્ચે થર્મલ તણાવ ઉત્પન્ન થશે.
આ થર્મલ સ્ટ્રેસ, વારંવાર તાપમાન ચક્ર (જેમ કે ચિપના સંચાલન દરમિયાન ગરમી અને ઠંડક) ની અસર હેઠળ, ચિપ અને પેકેજિંગ સબસ્ટ્રેટ વચ્ચેના સોલ્ડર સાંધામાં થાક તિરાડ તરફ દોરી શકે છે, અથવા ચિપ સપાટી પરના બોન્ડિંગ વાયર પડી શકે છે, જેના પરિણામે ચિપના વિદ્યુત જોડાણમાં નિષ્ફળતા થાય છે. સિલિકોન સામગ્રીની નજીક થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક ધરાવતી પેકેજિંગ સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી પસંદ કરીને અને પેકેજિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન ચોકસાઈ શોધ માટે ઉત્તમ થર્મલ સ્થિરતા સાથે ગ્રેનાઈટ ટેસ્ટ પ્લેટફોર્મનો ઉપયોગ કરીને, થર્મલ મિસમેચની સમસ્યાને અસરકારક રીતે ઘટાડી શકાય છે, પેકેજિંગની વિશ્વસનીયતા સુધારી શકાય છે, અને ચિપનું સર્વિસ લાઇફ લંબાવી શકાય છે.
ઉત્પાદન પર્યાવરણ નિયંત્રણ: સાધનો અને ફેક્ટરી ઇમારતોની સંકલિત સ્થિરતા
ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને સીધી અસર કરવા ઉપરાંત, થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક સેમિકન્ડક્ટર ફેક્ટરીઓના એકંદર પર્યાવરણીય નિયંત્રણ સાથે પણ સંબંધિત છે. મોટા સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન વર્કશોપમાં, એર કન્ડીશનીંગ સિસ્ટમ્સની શરૂઆત અને બંધ અને સાધનોના ક્લસ્ટરોના ગરમીના વિસર્જન જેવા પરિબળો પર્યાવરણીય તાપમાનમાં વધઘટનું કારણ બની શકે છે. જો ફેક્ટરીના ફ્લોર, સાધનોના પાયા અને અન્ય માળખાના થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક ખૂબ ઊંચો હોય, તો લાંબા ગાળાના તાપમાનમાં ફેરફાર ફ્લોરમાં તિરાડ અને સાધનોના પાયામાં ફેરફારનું કારણ બનશે, જેનાથી ફોટોલિથોગ્રાફી મશીનો અને એચિંગ મશીનો જેવા ચોકસાઇ સાધનોની ચોકસાઈ પર અસર પડશે.
ગ્રેનાઈટ બેઝનો ઉપયોગ સાધનોના આધાર તરીકે કરીને અને તેમને ઓછા થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક સાથે ફેક્ટરી બિલ્ડિંગ મટિરિયલ્સ સાથે જોડીને, એક સ્થિર ઉત્પાદન વાતાવરણ બનાવી શકાય છે, જે પર્યાવરણીય થર્મલ વિકૃતિને કારણે સાધનોના માપાંકન અને જાળવણી ખર્ચની આવર્તન ઘટાડે છે, અને સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન લાઇનના લાંબા ગાળાના સ્થિર સંચાલનને સુનિશ્ચિત કરે છે.
થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનના સમગ્ર જીવન ચક્રમાં ચાલે છે, સામગ્રીની પસંદગી, પ્રક્રિયા નિયંત્રણથી લઈને પેકેજિંગ અને પરીક્ષણ સુધી. દરેક કડીમાં થર્મલ વિસ્તરણની અસરને કડક રીતે ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે. ગ્રેનાઈટ પાયા, તેમના અતિ-નીચા થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક અને અન્ય ઉત્તમ ગુણધર્મો સાથે, સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન માટે સ્થિર ભૌતિક પાયો પૂરો પાડે છે અને ઉચ્ચ ચોકસાઇ તરફ ચિપ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓના વિકાસને પ્રોત્સાહન આપવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ ગેરંટી બની જાય છે.