Dalam bidang manufaktur semikonduktor, yang mengutamakan presisi tertinggi, koefisien muai termal merupakan salah satu parameter inti yang memengaruhi kualitas produk dan stabilitas produksi. Di seluruh proses, mulai dari fotolitografi, etsa, hingga pengemasan, perbedaan koefisien muai termal material dapat mengganggu akurasi manufaktur dalam berbagai cara. Namun, alas granit, dengan koefisien muai termalnya yang sangat rendah, telah menjadi kunci untuk mengatasi masalah ini.
Proses litografi: Deformasi termal menyebabkan penyimpangan pola
Fotolitografi merupakan langkah inti dalam manufaktur semikonduktor. Melalui mesin fotolitografi, pola sirkuit pada masker ditransfer ke permukaan wafer yang dilapisi fotoresis. Selama proses ini, manajemen termal di dalam mesin fotolitografi dan stabilitas meja kerja menjadi sangat penting. Sebagai contoh, material logam konvensional memiliki koefisien muai termal 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 5-10℃. Jika meja kerja mesin litografi menggunakan alas logam, alas sepanjang 1 meter dapat menyebabkan deformasi muai sebesar 60-120 μm, yang akan menyebabkan pergeseran posisi relatif antara masker dan wafer.
Dalam proses manufaktur tingkat lanjut (seperti 3nm dan 2nm), jarak antar transistor hanya beberapa nanometer. Deformasi termal sekecil itu cukup untuk menyebabkan pola fotolitografi tidak selaras, yang mengakibatkan koneksi transistor abnormal, korsleting atau sirkuit terbuka, dan masalah lainnya, yang secara langsung mengakibatkan kegagalan fungsi chip. Koefisien ekspansi termal alas granit serendah 0,01μm/°C (yaitu, (1-2) ×10⁻⁶/℃), dan deformasi pada perubahan suhu yang sama hanya 1/10-1/5 dari deformasi logam. Hal ini dapat menyediakan platform penahan beban yang stabil bagi mesin fotolitografi, memastikan transfer pola fotolitografi yang presisi dan secara signifikan meningkatkan hasil produksi chip.
Etsa dan pengendapan: Mempengaruhi keakuratan dimensi struktur
Pengetsaan dan pengendapan merupakan proses kunci 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 peningkatan suhu wafer dan komponen peralatan. Jika koefisien muai panas pembawa wafer atau alas peralatan tidak sesuai dengan wafer (koefisien muai panas material silikon sekitar 2,6×10⁻⁶/℃), tegangan termal akan dihasilkan ketika suhu berubah, yang dapat menyebabkan retakan kecil atau lengkungan pada permukaan wafer.
Deformasi semacam ini akan memengaruhi kedalaman etsa dan vertikalitas dinding samping, sehingga dimensi alur terukir, lubang tembus, dan struktur lainnya menyimpang dari persyaratan desain. Demikian pula, dalam proses deposisi lapisan tipis, perbedaan ekspansi termal dapat menyebabkan tegangan internal pada lapisan tipis yang dideposisi, yang mengakibatkan masalah seperti retak dan terkelupasnya lapisan tipis, yang memengaruhi kinerja listrik dan keandalan jangka panjang chip. Penggunaan alas granit dengan koefisien ekspansi termal yang serupa dengan material silikon dapat secara efektif mengurangi tegangan termal dan memastikan stabilitas serta akurasi proses etsa dan deposisi.
Tahap pengemasan: Ketidakcocokan termal menyebabkan masalah keandalan
Pada tahap pengemasan semikonduktor, kesesuaian koefisien ekspansi termal antara chip dan material pengemasan (seperti resin epoksi, keramik, dll.) sangat penting. Koefisien ekspansi termal silikon, material inti chip, relatif rendah, sementara koefisien ekspansi termal sebagian besar material pengemasan relatif tinggi. Ketika suhu chip berubah selama penggunaan, tegangan termal akan terjadi antara chip dan material pengemasan akibat ketidaksesuaian koefisien ekspansi termal.
Tekanan termal ini, akibat 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 material substrat pengemasan dengan koefisien ekspansi termal yang mendekati material 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 memengaruhi proses manufaktur secara langsung, koefisien muai termal juga berkaitan dengan pengendalian lingkungan pabrik semikonduktor secara keseluruhan. Di bengkel produksi semikonduktor berskala besar, faktor-faktor seperti menyalakan dan mematikan sistem pendingin udara serta pembuangan panas dari klaster peralatan dapat menyebabkan fluktuasi suhu lingkungan. Jika koefisien muai termal lantai pabrik, basis 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 diciptakan, 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 berperan penting dalam seluruh siklus hidup manufaktur semikonduktor, mulai dari pemilihan material, pengendalian proses, hingga pengemasan dan pengujian. Dampak ekspansi termal perlu dipertimbangkan secara saksama di setiap tahapan. Basis granit, dengan koefisien ekspansi termal yang sangat rendah dan sifat-sifat unggul lainnya, memberikan fondasi fisik yang stabil bagi manufaktur semikonduktor dan menjadi jaminan penting dalam mendorong pengembangan proses manufaktur chip menuju presisi yang lebih tinggi.
Waktu posting: 20 Mei 2025