pengenalan
Pembuatan semikonduktor moden dibina di atas asas toleransi yang tidak boleh dimaafkan. Apabila nod proses mengecut di bawah 5 nm dan menghampiri 2 nm, setiap subsistem dalam rantai peralatan mesti berfungsi dengan ketepatan yang tidak pernah berlaku sebelum ini. Satu komponen yang sering dipandang remeh dalam pengaruhnya terhadap prestasi sistem keseluruhan ialah asas struktur - platform di mana peringkat kedudukan, optik dan penderia dipasang dan dirujuk.
Artikel ini meneroka keperluan kejuruteraan untukasas struktur ketepatandalam peralatan semikonduktor, bahan yang digunakan dan permintaan yang semakin berkembang yang-generasi litografi dan sistem pemeriksaan diletakkan pada komponen asas ini.
Mengapa Asas Penting dalam Peralatan Semikonduktor
Sistem peralatan semikonduktor - sama ada pengimbas wafer, alat pemeriksaan pancaran elektron atau instrumen metrologi - pada asasnya ialah himpunan komponen berkedudukan tepat yang mesti mengekalkan hubungan spatialnya kepada sub-toleransi nanometer semasa operasi. Pangkalan struktur ialah kerangka rujukan biasa yang mana semua komponen ini dipasang.
Sebarang ubah bentuk tapak - sama ada daripada getaran, pengembangan haba atau beban mekanikal - merambat terus kepada ralat kedudukan. Dalam sistem di mana ketepatan tindanan mesti dikawal kepada 1-2 nm, asas yang memperkenalkan 10 nm hanyutan terma sepanjang hari bekerja adalah had prestasi yang ketara.
Atas sebab ini, jurutera peralatan semikonduktor melaburkan usaha yang besar dalam reka bentuk asas dan pemilihan bahan, menganggap asas struktur sebagai-masalah kejuruteraan pesanan pertama dan bukannya difikirkan semula.
Keperluan Bahan untuk Pangkalan Peralatan Ketepatan
Bahan asas yang ideal untuk peralatan semikonduktor mesti memenuhi beberapa keperluan serentak yang, dalam banyak cara, bercanggah.
Kekakuan tinggi diperlukan untuk menahan ubah bentuk di bawah daya inersia yang dihasilkan oleh-peringkat kedudukan pecutan tinggi. Tapak granit dengan ketumpatan lebih kurang 3,100 kg/m³ dan kekuatan mampatan tinggi memberikan ciri jisim-hingga-kekukuhan yang sangat baik.
Pengembangan haba yang rendah dan seragam adalah kritikal kerana bilik bersih semikonduktor, walaupun kawalan suhu aktif, mengalami kecerunan terma. Bahan dengan pekali pengembangan haba - yang rendah dalam julat 5–8 × 10⁻⁶/ darjah untuk granit berkualiti - meminimumkan perubahan dimensi. Sesetengah reka bentuk peralatan juga menggabungkan bahan seperti Zerodur atau silikon karbida untuk komponen tertentu, tetapi ini biasanya dikhaskan untuk bangku optik dan substrat cermin kerana kosnya yang tinggi.
Redaman getaran adalah sifat di mana granit unggul berbanding dengan logam. Struktur butiran dalaman granit menyerap getaran mekanikal dengan lebih berkesan berbanding besi tuang atau aluminium, itulah sebabnya granit ialah bahan asas pilihan untuk-sistem metrologi dan litografi sensitiviti tinggi.
Kestabilan dimensi dari semasa ke semasa - ketiadaan rayapan atau kelonggaran tekanan - ialah satu lagi keperluan utama. Granit adalah stabil dari segi geologi dan tidak mempamerkan-hanyut dimensi jangka panjang yang boleh ditunjukkan oleh sesetengah komposit polimer atau tapak logam tuang.
Granit lwn. Bahan Asas Alternatif
Beberapa bahan bersaing dengan granit dalam aplikasi asas peralatan ketepatan, masing-masing dengan pertukaran-yang berbeza.
Tuangan mineral (konkrit polimer) menggabungkan agregat granit dengan matriks epoksi. Ia menawarkan redaman getaran yang baik, boleh dibuang ke dalam bentuk yang kompleks, dan mempunyai kestabilan terma yang baik. Walau bagaimanapun, kestabilan dimensi jangka panjang-nya selama bertahun-tahun perkhidmatan tidak begitu mantap seperti granit semula jadi, dan ketumpatannya lebih rendah, mengurangkan keberkesanan pengasingan getaran pasif.
Struktur komposit gentian karbon menawarkan nisbah kekakuan yang sangat tinggi-ke-berat dan pengembangan haba yang sangat rendah, tetapi sifat anisotropiknya memperkenalkan kerumitan dalam reka bentuk dan kosnya pada skala besar adalah jauh lebih tinggi daripada granit. Rasuk gentian karbon semakin digunakan sebagai struktur jambatan dalam peralatan gaya-gantri, tetapi jarang sekali sebagai pangkalan peralatan penuh.
Ultra-Konkrit Berprestasi Tinggi (UHPC) ialah bahan struktur baru muncul dengan kekuatan mampatan melebihi 150 MPa dan redaman getaran yang baik. Tingkah laku dimensinya di bawah beban berterusan dan ciri rayapan jangka panjang-nya dalam aplikasi ketepatan adalah subjek penyelidikan yang berterusan.
Bagi kebanyakan aplikasi peralatan semikonduktor ketepatan dalam era semasa,-granit semula jadi yang diproses dengan baik kekal sebagai penanda aras terhadap alternatif yang diukur.
Galas Udara dan Hubungannya dengan Permukaan Pangkalan Granit
Banyak-peringkat kedudukan berketepatan tinggi dalam peralatan semikonduktor menggunakan peranti galas udara - yang terapung pada filem nipis udara bertekanan di atas permukaan rujukan tanah-tepat. Kualiti permukaan rujukan ini - kerataannya, kekasaran permukaannya dan kestabilan dimensinya - secara langsung menentukan prestasi kedudukan pentas.
Granit adalah bahan dominan untuk permukaan rujukan galas udara atas beberapa sebab. Pertama, kekerasannya menahan haus daripada sentuhan tidak sengaja. Kedua, ia boleh digunakan pada tahap kerataan yang diperlukan oleh pengeluar galas udara - biasanya dalam julat kerataan 1–3 µm merentasi julat perjalanan. Ketiga, permukaan granit bukan-magnet, tidak-reaktif tidak mengganggu penderia ketepatan yang digunakan dalam pentas.
Laluan panduan galas udara yang dipasang pada permukaan rujukan granit digunakan dalam pengendali wafer semikonduktor, sistem penjajaran optik ketepatan dan platform penentududukan nano-. Penyepaduan teknologi galas udara dengan struktur granit ketepatan ialah salah satu ciri penentu reka bentuk peralatan ultra{2}}ketepatan.
Pengurusan Terma dan -Persekitaran Terkawal Suhu
Peralatan semikonduktor ketepatan biasanya dikendalikan dalam persekitaran bilik bersih dengan kawalan haba aktif. Suhu boleh dikekalkan dalam ±0.1 darjah atau lebih baik. Walaupun begitu, pengurusan terma di peringkat peralatan kekal sebagai cabaran kejuruteraan yang penting.
Pangkalan peralatan dalam sistem litografi lanjutan selalunya dilengkapi dengan saluran bendalir dalaman untuk penstabilan haba aktif. Struktur granit itu sendiri bertindak sebagai jisim terma yang menampan turun naik suhu yang cepat, dan aliran bendalir terkawal mengekalkan tapak pada suhu malar bebas daripada haba yang dihasilkan oleh motor, penguat dan pencahayaan.
Untuk sistem ketepatan yang sangat tinggi, penderia haba dibenamkan pada berbilang titik dalam struktur granit, dan suhu yang diukur digunakan untuk membetulkan ukuran kedudukan dalam masa nyata melalui algoritma pampasan terma. Pendekatan ini - menggabungkan struktur granit yang stabil dengan pengurusan haba aktif dan pembetulan perisian - mewakili keadaan seni dalam reka bentuk peralatan ketepatan.
Melihat ke Hadapan: Meningkatkan Permintaan terhadap Struktur Ketepatan
Apabila pembuatan semikonduktor bergerak ke arah 2 nm dan seterusnya, dan apabila aplikasi baharu seperti litografi ultraungu (EUV) melampau dan-resolusi tinggi e-metrologi rasuk menuntut toleransi yang lebih ketat, keperluan pada asas struktur ketepatan akan terus diperketatkan.
Ini akan memacu pembangunan selanjutnya dalam pemilihan granit - mengutamakan bahan dengan spesifikasi yang lebih ketat pada keseragaman ketumpatan, tegasan baki dan keporositi mikro - serta penambahbaikan dalam pemprosesan untuk mencapai kemasan permukaan yang lebih halus dan toleransi kerataan yang lebih ketat merentas kawasan yang lebih besar.
Ia juga akan memacu penyepaduan granit dengan sistem pengasingan getaran aktif, pengurusan haba ketepatan dan maklum balas metrologi masa sebenar-, mewujudkan platform peralatan yang asas strukturnya bukan elemen pasif tetapi peserta aktif dalam mengekalkan prestasi sistem.
Kepentingan asas bahan struktur ketepatan dalam membolehkan teknologi semikonduktor generasi akan datang adalah bidang yang patut diberi perhatian dan penghormatan daripada komuniti kejuruteraan. Nanometer yang disimpan pada peringkat asas peralatan diterjemahkan terus kepada peningkatan dalam peranti yang menggerakkan pengkomputeran moden, komunikasi dan kecerdasan buatan.