Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн салбарт нарийвчлал нь бүтээгдэхүүний чанар, гүйцэтгэлийн амин чухал хэсэг юм. Хагас дамжуулагч хэмжих төхөөрөмж нь үйлдвэрлэлийн нарийвчлалыг хангах гол холбоос бөгөөд үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тогтвортой байдалд бараг хатуу шаардлага тавьдаг. Тэдгээрийн дотор гайхалтай дулааны тогтвортой байдалтай боржин чулуун тавцан нь хагас дамжуулагч хэмжих төхөөрөмжид зайлшгүй үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэхүү нийтлэлд бодит туршилтын өгөгдлөөр дамжуулан хагас дамжуулагч хэмжих төхөөрөмжийн боржин чулуун тавцангийн дулааны тогтвортой байдлын гүйцэтгэлийн гүнзгий дүн шинжилгээг хийх болно.
Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд хэмжих төхөөрөмжийн дулааны тогтвортой байдалд тавигдах хатуу шаардлага
Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэх үйл явц нь маш нарийн төвөгтэй бөгөөд нарийвчлалтай бөгөөд чип дээрх хэлхээний шугамын өргөн нь нанометрийн түвшинд хүрсэн байна. Ийм өндөр нарийвчлалтай үйлдвэрлэлийн процесст температурын өчүүхэн өөрчлөлт ч гэсэн тоног төхөөрөмжийн эд ангиудын дулааны тэлэлт болон агшилтыг үүсгэж, улмаар хэмжилтийн алдааг үүсгэж болзошгүй. Жишээлбэл, фотолитографийн процесст хэмжих төхөөрөмжийн хэмжилтийн нарийвчлал 1 нанометрээр хазайвал чип дээрх хэлхээнд богино холболт эсвэл задрал зэрэг ноцтой асуудал үүсгэж, чипийг эвдэхэд хүргэдэг. Салбарын статистик мэдээллээс харахад температурын 1°C хэлбэлзэл тутамд уламжлалт металл материалын хэмжих төхөөрөмжийн платформ хэд хэдэн нанометрийн хэмжээст өөрчлөлтөд орж болзошгүй юм. Гэсэн хэдий ч хагас дамжуулагч үйлдвэрлэхэд хэмжилтийн нарийвчлалыг ±0.1 нанометр дотор хянах шаардлагатай бөгөөд энэ нь хэмжилтийн төхөөрөмж хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн шаардлагыг хангаж чадах эсэхийг тодорхойлох гол хүчин зүйл болдог дулааны тогтвортой байдлыг хангадаг.
Боржин чулуун тавцангийн дулааны тогтвортой байдлын онолын давуу талууд
Боржин чулуу нь байгалийн чулуун төрөл болохын хувьд авсаархан дотоод эрдэс талсжилттай, нягт, жигд бүтэцтэй бөгөөд дулааны тогтвортой байдлын байгалийн давуу талтай. Дулааны тэлэлтийн коэффициентийн хувьд боржин чулууны дулааны тэлэлтийн коэффициент нь маш бага бөгөөд ерөнхийдөө 4.5-6.5×10⁻⁶/K хооронд хэлбэлздэг. Үүний эсрэгээр хөнгөн цагаан хайлш зэрэг нийтлэг металл материалын дулааны тэлэлтийн коэффициент нь 23.8×10⁻⁶/K хүртэл өндөр байдаг бөгөөд энэ нь боржин чулуунаас хэд дахин их юм. Энэ нь ижил температурын хэлбэлзлийн нөхцөлд боржин чулуун тавцангийн хэмжээсийн өөрчлөлт нь металл тавцангийнхаас хамаагүй бага бөгөөд энэ нь хагас дамжуулагч хэмжих төхөөрөмжийн илүү тогтвортой хэмжилтийн лавлагаа болж чадна гэсэн үг юм.
Үүнээс гадна, боржин чулуун талст бүтэц нь дулаан дамжуулалтын маш сайн жигд байдлыг хангадаг. Тоног төхөөрөмжийн ажиллагаа дулаан үүсгэх эсвэл орчны температур өөрчлөгдөхөд боржин чулуун тавцан нь дулааныг хурдан бөгөөд жигд дамжуулж, орон нутгийн хэт халалт эсвэл хэт хөргөлтийн үзэгдлээс зайлсхийж, улмаар тавцангийн нийт температурын тогтвортой байдлыг үр дүнтэй хадгалж, хэмжилтийн нарийвчлалын тогтвортой байдлыг баталгаажуулдаг.
Дулааны тогтвортой байдлыг хэмжих үйл явц ба арга
Хагас дамжуулагч хэмжих төхөөрөмж дэх боржин чулуун тавцангийн дулааны тогтвортой байдлыг үнэн зөв үнэлэхийн тулд бид нарийн хэмжилтийн схемийг боловсруулсан. Хэт нарийвчлалтай боловсруулсан боржин чулуун тавцангаар тоноглогдсон өндөр нарийвчлалтай хагас дамжуулагч вафер хэмжих хэрэгслийг сонгов. Туршилтын орчинд хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн цехийн нийтлэг температурын хэлбэлзлийн хүрээг симуляци хийсэн, өөрөөр хэлбэл аажмаар 20℃-аас 35℃ хүртэл халааж, дараа нь 20℃ хүртэл буцааж хөргөсөн. Бүх үйл явц 8 цаг үргэлжилсэн.
Хэмжих хэрэгслийн боржин чулуун тавцан дээр өндөр нарийвчлалтай стандарт цахиурын хавтангуудыг байрлуулсан бөгөөд цахиурын хавтангууд болон тавцангийн хоорондох харьцангуй байрлалын өөрчлөлтийг бодит цаг хугацаанд хянахын тулд нано хэмжээний нарийвчлалтай шилжилтийн мэдрэгчийг ашигладаг. Үүний зэрэгцээ, тавцангийн гадаргуу дээрх температурын тархалтыг хянахын тулд тавцан дээрх өөр өөр байрлалд олон өндөр нарийвчлалтай температурын мэдрэгчийг байрлуулсан. Туршилтын үеэр өгөгдлийн бүрэн бүтэн байдал, нарийвчлалыг хангахын тулд шилжилтийн өгөгдөл болон температурын өгөгдлийг 15 минут тутамд бүртгэсэн.
Хэмжсэн өгөгдөл ба үр дүнгийн шинжилгээ
Температурын өөрчлөлт ба платформын хэмжээний өөрчлөлтийн хоорондын хамаарал
Туршилтын мэдээллээс харахад температур 20℃-аас 35℃ хүртэл нэмэгдэхэд боржин чулуун тавцангийн шугаман хэмжээний өөрчлөлт маш бага байдаг. Тооцооллын дараа халаалтын бүх үйл явцын туршид тавцангийн хамгийн их шугаман тэлэлт нь ердөө 0.3 нанометр бөгөөд энэ нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн процессын хэмжилтийн нарийвчлалын алдааны хүлцлийн хязгаараас хамаагүй бага байна. Хөргөлтийн үе шатанд тавцангийн хэмжээ бараг бүрэн анхны төлөвтөө буцаж орох боломжтой бөгөөд хэмжээ өөрчлөгдөх хоцрогдлын үзэгдлийг үл тоомсорлож болно. Температурын мэдэгдэхүйц хэлбэлзлийн үед ч гэсэн маш бага хэмжээст өөрчлөлтийг хадгалах энэхүү шинж чанар нь боржин чулуун тавцангийн гайхалтай дулааны тогтвортой байдлыг бүрэн баталгаажуулдаг.
Платформын гадаргуу дээрх температурын жигд байдлын шинжилгээ
Температур мэдрэгчийн цуглуулсан өгөгдлөөс харахад тоног төхөөрөмжийг ажиллуулах болон температурын өөрчлөлтийн процессын үед боржин чулуун тавцангийн гадаргуу дээрх температурын тархалт маш жигд байдаг. Температур хамгийн эрчимтэй өөрчлөгддөг үе шатанд ч гэсэн тавцангийн гадаргуу дээрх хэмжих цэг бүрийн хоорондох температурын зөрүүг үргэлж ±0.1℃ дотор хянадаг. Температурын жигд тархалт нь жигд бус дулааны стрессээс үүдэлтэй тавцангийн хэв гажилтаас үр дүнтэй зайлсхийж, хэмжилтийн лавлах гадаргуугийн тэгш байдал, тогтвортой байдлыг хангаж, хагас дамжуулагч хэмжилзүйн тоног төхөөрөмжийн найдвартай хэмжилтийн орчныг бүрдүүлдэг.
Уламжлалт материалын платформуудтай харьцуулахад
Боржин чулуун тавцангийн хэмжсэн өгөгдлийг хөнгөн цагаан хайлшийн тавцан ашиглан хийсэн ижил төрлийн хагас дамжуулагч хэмжих төхөөрөмжийн өгөгдөлтэй харьцуулсан бөгөөд ялгаа нь мэдэгдэхүйц байв. Температурын ижил өөрчлөлтийн нөхцөлд хөнгөн цагаан хайлшийн тавцангийн шугаман тэлэлт нь 2.5 нанометр хүртэл өндөр бөгөөд энэ нь боржин чулуун тавцангийнхаас найм дахин их байна. Үүний зэрэгцээ хөнгөн цагаан хайлшийн тавцангийн гадаргуу дээрх температурын тархалт жигд бус бөгөөд хамгийн их температурын зөрүү 0.8℃ хүрч, тавцангийн илэрхий деформацид хүргэж, хэмжилтийн нарийвчлалд ноцтой нөлөөлсөн.
Хагас дамжуулагч хэмжилзүйн тоног төхөөрөмжийн нарийн ертөнцөд гайхалтай дулааны тогтвортой байдалтай боржин чулуун тавцангууд нь хэмжилтийн нарийвчлалыг хангах гол тулгуур болсон. Хэмжсэн өгөгдөл нь боржин чулуун тавцан нь температурын өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэх, хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн салбарт найдвартай техникийн дэмжлэг үзүүлэх гайхалтай гүйцэтгэлийг баттай нотолж байна. Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн үйл явц илүү өндөр нарийвчлал руу шилжих тусам боржин чулуун тавцангийн дулааны тогтвортой байдлын давуу тал нь улам бүр тод томруун болж, технологийн шинэчлэл, хөгжлийг тасралтгүй урагшлуулах болно.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 5-р сарын 13