Bahasa Indonesia:
Dalam bidang manufaktur semikonduktor, yang mengutamakan presisi tertinggi, koefisien ekspansi termal merupakan salah satu parameter inti yang memengaruhi kualitas produk dan stabilitas produksi. Sepanjang keseluruhan proses, mulai dari fotolitografi, pengetsaan hingga pengemasan, perbedaan koefisien ekspansi termal material dapat mengganggu akurasi manufaktur dalam berbagai cara. Namun, dasar granit, dengan koefisien ekspansi termal yang sangat rendah, telah menjadi kunci untuk memecahkan masalah ini.
Proses litografi: Deformasi termal menyebabkan penyimpangan pola
Fotolitografi merupakan langkah inti dalam pembuatan semikonduktor. Melalui mesin fotolitografi, pola rangkaian pada masker dipindahkan ke permukaan wafer yang dilapisi dengan fotoresist. Selama proses ini, manajemen termal di dalam mesin fotolitografi dan stabilitas meja kerja menjadi sangat penting. Ambil contoh material logam tradisional. Koefisien ekspansi termalnya sekitar 12×10⁻⁶/℃. Selama pengoperasian mesin fotolitografi, panas yang dihasilkan oleh sumber cahaya laser, lensa optik, dan komponen mekanis akan menyebabkan suhu peralatan naik hingga 5-10 ℃. Jika meja kerja mesin litografi menggunakan alas logam, alas sepanjang 1 meter dapat menyebabkan deformasi ekspansi sebesar 60-120 μm, yang akan menyebabkan pergeseran posisi relatif antara masker dan wafer.
Dalam proses manufaktur tingkat lanjut (seperti 3nm dan 2nm), jarak transistor hanya beberapa nanometer. Deformasi termal yang sangat kecil tersebut cukup untuk menyebabkan pola fotolitografi tidak selaras, yang menyebabkan koneksi transistor yang tidak normal, korsleting atau sirkuit terbuka, dan masalah lainnya, yang secara langsung mengakibatkan kegagalan fungsi chip. Koefisien ekspansi termal dari dasar granit serendah 0,01μm/°C (yaitu, (1-2) ×10⁻⁶/℃), dan deformasi pada perubahan suhu yang sama hanya 1/10-1/5 dari logam. Ini dapat menyediakan platform penahan beban yang stabil untuk mesin fotolitografi, memastikan transfer pola fotolitografi yang tepat dan secara signifikan meningkatkan hasil produksi chip.
Etching dan deposition: Mempengaruhi akurasi dimensi struktur
Pengetsaan dan pengendapan merupakan proses utama untuk membangun struktur sirkuit tiga dimensi pada permukaan wafer. Selama proses pengetsaan, gas reaktif mengalami reaksi kimia dengan material permukaan wafer. Sementara itu, komponen seperti catu daya RF dan kontrol aliran gas di dalam peralatan menghasilkan panas, yang menyebabkan suhu wafer dan komponen peralatan meningkat. Jika koefisien ekspansi termal pembawa wafer atau alas peralatan tidak sesuai dengan wafer (koefisien ekspansi termal material silikon sekitar 2,6×10⁻⁶/℃), tegangan termal akan dihasilkan saat suhu berubah, yang dapat menyebabkan retakan kecil atau lengkungan pada permukaan wafer.
Deformasi semacam ini akan memengaruhi kedalaman penggoresan dan vertikalitas dinding samping, yang menyebabkan dimensi alur yang tergores, lubang tembus, dan struktur lainnya menyimpang dari persyaratan desain. Demikian pula, dalam proses pengendapan lapisan tipis, perbedaan ekspansi termal dapat menyebabkan tekanan internal pada lapisan tipis yang diendapkan, yang menyebabkan masalah seperti retak dan terkelupasnya lapisan, yang memengaruhi kinerja listrik dan keandalan jangka panjang chip. Penggunaan alas granit dengan koefisien ekspansi termal yang mirip dengan bahan silikon dapat secara efektif mengurangi tekanan termal dan memastikan stabilitas dan keakuratan proses penggoresan dan pengendapan.
Tahap pengemasan: Ketidakcocokan termal menyebabkan masalah keandalan
Pada tahap pengemasan semikonduktor, kompatibilitas koefisien ekspansi termal antara chip dan bahan pengemasan (seperti resin epoksi, keramik, dll.) sangatlah penting. Koefisien ekspansi termal silikon, bahan inti chip, relatif rendah, sedangkan sebagian besar bahan pengemasan relatif tinggi. Ketika suhu chip berubah selama penggunaan, tekanan termal akan terjadi antara chip dan bahan pengemasan karena ketidakcocokan koefisien ekspansi termal.
Tekanan termal ini, di bawah pengaruh siklus suhu berulang (seperti pemanasan dan pendinginan selama pengoperasian chip), dapat menyebabkan retak lelah pada sambungan solder antara chip dan substrat pengemasan, atau menyebabkan kabel pengikat pada permukaan chip terlepas, yang pada akhirnya mengakibatkan kegagalan sambungan listrik chip. Dengan memilih bahan substrat pengemasan dengan koefisien ekspansi termal yang mendekati bahan silikon dan menggunakan platform uji granit dengan stabilitas termal yang sangat baik untuk deteksi akurasi selama proses pengemasan, masalah ketidaksesuaian termal dapat dikurangi secara efektif, keandalan pengemasan dapat ditingkatkan, dan masa pakai chip dapat diperpanjang.
Kontrol lingkungan produksi: Stabilitas terkoordinasi peralatan dan bangunan pabrik
Selain secara langsung memengaruhi proses produksi, koefisien ekspansi termal juga terkait dengan kontrol lingkungan keseluruhan pabrik semikonduktor. Di bengkel produksi semikonduktor besar, faktor-faktor seperti mulai dan berhentinya sistem pendingin udara dan pembuangan panas dari kelompok peralatan dapat menyebabkan fluktuasi suhu lingkungan. Jika koefisien ekspansi termal lantai pabrik, pangkalan peralatan, dan infrastruktur lainnya terlalu tinggi, perubahan suhu jangka panjang akan menyebabkan lantai retak dan fondasi peralatan bergeser, sehingga memengaruhi akurasi peralatan presisi seperti mesin fotolitografi dan mesin etsa.
Dengan menggunakan dasar granit sebagai penopang peralatan dan menggabungkannya dengan bahan bangunan pabrik dengan koefisien ekspansi termal rendah, lingkungan produksi yang stabil dapat tercipta, mengurangi frekuensi kalibrasi peralatan dan biaya pemeliharaan yang disebabkan oleh deformasi termal lingkungan, dan memastikan operasi stabil jangka panjang dari lini produksi semikonduktor.
Koefisien ekspansi termal berjalan sepanjang siklus hidup produksi semikonduktor, mulai dari pemilihan material, kontrol proses hingga pengemasan dan pengujian. Dampak ekspansi termal perlu dipertimbangkan secara ketat di setiap tautan. Basis granit, dengan koefisien ekspansi termal yang sangat rendah dan sifat-sifat luar biasa lainnya, menyediakan fondasi fisik yang stabil untuk produksi semikonduktor dan menjadi jaminan penting untuk mendorong pengembangan proses produksi chip menuju presisi yang lebih tinggi.
Waktu posting: 20-Mei-2025