अर्धचालक विनिर्माण पर तापीय प्रसार गुणांक का विशिष्ट प्रभाव।

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अर्धचालक विनिर्माण के क्षेत्र में, जो परम परिशुद्धता का अनुसरण करता है, थर्मल विस्तार का गुणांक उन मुख्य मापदंडों में से एक है जो उत्पाद की गुणवत्ता और उत्पादन स्थिरता को प्रभावित करते हैं। फोटोलिथोग्राफी, नक्काशी से लेकर पैकेजिंग तक की पूरी प्रक्रिया के दौरान, सामग्रियों के थर्मल विस्तार गुणांक में अंतर विभिन्न तरीकों से विनिर्माण सटीकता में हस्तक्षेप कर सकता है। हालाँकि, ग्रेनाइट बेस, अपने अल्ट्रा-लो थर्मल विस्तार गुणांक के साथ, इस समस्या को हल करने की कुंजी बन गया है।
लिथोग्राफी प्रक्रिया: तापीय विरूपण के कारण पैटर्न विचलन होता है
फोटोलिथोग्राफी सेमीकंडक्टर निर्माण में एक मुख्य कदम है। फोटोलिथोग्राफी मशीन के माध्यम से, मास्क पर सर्किट पैटर्न को फोटोरेसिस्ट के साथ लेपित वेफर की सतह पर स्थानांतरित किया जाता है। इस प्रक्रिया के दौरान, फोटोलिथोग्राफी मशीन के अंदर थर्मल प्रबंधन और वर्कटेबल की स्थिरता बहुत महत्वपूर्ण है। पारंपरिक धातु सामग्री को एक उदाहरण के रूप में लें। उनका थर्मल विस्तार गुणांक लगभग 12 × 10⁻⁶ / ℃ है। फोटोलिथोग्राफी मशीन के संचालन के दौरान, लेजर प्रकाश स्रोत, ऑप्टिकल लेंस और यांत्रिक घटकों द्वारा उत्पन्न गर्मी के कारण उपकरण का तापमान 5-10 ℃ बढ़ जाएगा। यदि लिथोग्राफी मशीन की वर्कटेबल धातु के आधार का उपयोग करती है, तो 1-मीटर लंबा आधार 60-120 μm का विस्तार विरूपण पैदा कर सकता है, जिससे मास्क और वेफर के बीच सापेक्ष स्थिति में बदलाव होगा।
उन्नत विनिर्माण प्रक्रियाओं (जैसे 3nm और 2nm) में, ट्रांजिस्टर की दूरी केवल कुछ नैनोमीटर होती है। इस तरह का एक छोटा थर्मल विरूपण फोटोलिथोग्राफी पैटर्न को गलत तरीके से संरेखित करने के लिए पर्याप्त है, जिससे असामान्य ट्रांजिस्टर कनेक्शन, शॉर्ट सर्किट या ओपन सर्किट और अन्य समस्याएं हो सकती हैं, जिसके परिणामस्वरूप सीधे चिप फ़ंक्शन की विफलता होती है। ग्रेनाइट बेस का थर्मल विस्तार गुणांक 0.01μm/°C (यानी, (1-2) ×10⁻⁶/℃) जितना कम है, और समान तापमान परिवर्तन के तहत विरूपण धातु के केवल 1/10-1/5 है। यह फोटोलिथोग्राफी मशीन के लिए एक स्थिर लोड-असर प्लेटफ़ॉर्म प्रदान कर सकता है, जिससे फोटोलिथोग्राफी पैटर्न का सटीक हस्तांतरण सुनिश्चित होता है और चिप निर्माण की उपज में काफी सुधार होता है।

नक़्काशी और निक्षेपण: संरचना की आयामी सटीकता को प्रभावित करते हैं
वेफर सतह पर त्रि-आयामी सर्किट संरचनाओं के निर्माण के लिए नक़्क़ाशी और जमाव प्रमुख प्रक्रियाएँ हैं। नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान, प्रतिक्रियाशील गैस वेफर की सतह सामग्री के साथ एक रासायनिक प्रतिक्रिया से गुजरती है। इस बीच, उपकरण के अंदर आरएफ बिजली की आपूर्ति और गैस प्रवाह नियंत्रण जैसे घटक गर्मी उत्पन्न करते हैं, जिससे वेफर और उपकरण घटकों का तापमान बढ़ जाता है। यदि वेफर वाहक या उपकरण आधार का तापीय विस्तार गुणांक वेफर से मेल नहीं खाता है (सिलिकॉन सामग्री का तापीय विस्तार गुणांक लगभग 2.6×10⁻⁶/℃ है), तो तापमान में परिवर्तन होने पर तापीय तनाव उत्पन्न होगा, जिससे वेफर की सतह पर छोटी दरारें या विकृतियाँ हो सकती हैं।
इस तरह की विकृति नक़्क़ाशी की गहराई और साइड वॉल की ऊर्ध्वाधरता को प्रभावित करेगी, जिससे नक़्क़ाशीदार खांचे, छेद और अन्य संरचनाओं के आयाम डिज़ाइन आवश्यकताओं से विचलित हो सकते हैं। इसी तरह, पतली फिल्म जमा करने की प्रक्रिया में, थर्मल विस्तार में अंतर जमा पतली फिल्म में आंतरिक तनाव पैदा कर सकता है, जिससे फिल्म के टूटने और छीलने जैसी समस्याएं हो सकती हैं, जो चिप के विद्युत प्रदर्शन और दीर्घकालिक विश्वसनीयता को प्रभावित करती हैं। सिलिकॉन सामग्री के समान थर्मल विस्तार गुणांक वाले ग्रेनाइट बेस का उपयोग प्रभावी रूप से थर्मल तनाव को कम कर सकता है और नक़्क़ाशी और जमा करने की प्रक्रियाओं की स्थिरता और सटीकता सुनिश्चित कर सकता है।
पैकेजिंग चरण: थर्मल बेमेल के कारण विश्वसनीयता संबंधी समस्याएं उत्पन्न होती हैं
सेमीकंडक्टर पैकेजिंग चरण में, चिप और पैकेजिंग सामग्री (जैसे कि एपॉक्सी राल, सिरेमिक, आदि) के बीच थर्मल विस्तार गुणांक की संगतता अत्यंत महत्वपूर्ण है। चिप्स की मुख्य सामग्री सिलिकॉन का थर्मल विस्तार गुणांक अपेक्षाकृत कम है, जबकि अधिकांश पैकेजिंग सामग्रियों का थर्मल विस्तार गुणांक अपेक्षाकृत अधिक है। जब उपयोग के दौरान चिप का तापमान बदलता है, तो थर्मल विस्तार गुणांक के बेमेल होने के कारण चिप और पैकेजिंग सामग्री के बीच थर्मल तनाव उत्पन्न होगा।
बार-बार तापमान चक्रों (जैसे चिप के संचालन के दौरान हीटिंग और कूलिंग) के प्रभाव में यह थर्मल तनाव, चिप और पैकेजिंग सब्सट्रेट के बीच सोल्डर जोड़ों की थकान दरार का कारण बन सकता है, या चिप की सतह पर बॉन्डिंग तारों को गिरने का कारण बन सकता है, जिसके परिणामस्वरूप अंततः चिप के विद्युत कनेक्शन की विफलता हो सकती है। सिलिकॉन सामग्री के करीब थर्मल विस्तार गुणांक के साथ पैकेजिंग सब्सट्रेट सामग्री का चयन करके और पैकेजिंग प्रक्रिया के दौरान सटीकता का पता लगाने के लिए उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता के साथ ग्रेनाइट परीक्षण प्लेटफार्मों का उपयोग करके, थर्मल बेमेल की समस्या को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है, पैकेजिंग की विश्वसनीयता में सुधार किया जा सकता है, और चिप की सेवा जीवन को बढ़ाया जा सकता है।
उत्पादन पर्यावरण नियंत्रण: उपकरण और कारखाना भवनों की समन्वित स्थिरता
विनिर्माण प्रक्रिया को सीधे प्रभावित करने के अलावा, थर्मल विस्तार का गुणांक अर्धचालक कारखानों के समग्र पर्यावरण नियंत्रण से भी संबंधित है। बड़े अर्धचालक उत्पादन कार्यशालाओं में, एयर कंडीशनिंग सिस्टम की शुरुआत और बंद होने और उपकरण समूहों के ताप अपव्यय जैसे कारक पर्यावरण के तापमान में उतार-चढ़ाव का कारण बन सकते हैं। यदि कारखाने के फर्श, उपकरण के आधार और अन्य बुनियादी ढांचे के थर्मल विस्तार का गुणांक बहुत अधिक है, तो दीर्घकालिक तापमान परिवर्तन से फर्श में दरार आ जाएगी और उपकरण की नींव हिल जाएगी, जिससे फोटोलिथोग्राफी मशीनों और नक़्क़ाशी मशीनों जैसे सटीक उपकरणों की सटीकता प्रभावित होगी।
उपकरण समर्थन के रूप में ग्रेनाइट आधार का उपयोग करके और उन्हें कम तापीय विस्तार गुणांक वाले कारखाने के निर्माण सामग्री के साथ संयोजित करके, एक स्थिर उत्पादन वातावरण बनाया जा सकता है, जिससे पर्यावरणीय तापीय विरूपण के कारण उपकरण अंशांकन और रखरखाव लागत की आवृत्ति कम हो सकती है, और अर्धचालक उत्पादन लाइन का दीर्घकालिक स्थिर संचालन सुनिश्चित हो सकता है।
थर्मल विस्तार का गुणांक अर्धचालक विनिर्माण के पूरे जीवन चक्र में चलता है, सामग्री चयन, प्रक्रिया नियंत्रण से लेकर पैकेजिंग और परीक्षण तक। थर्मल विस्तार के प्रभाव को हर कड़ी में सख्ती से विचार करने की आवश्यकता है। ग्रेनाइट बेस, थर्मल विस्तार के अपने अल्ट्रा-कम गुणांक और अन्य उत्कृष्ट गुणों के साथ, अर्धचालक विनिर्माण के लिए एक स्थिर भौतिक आधार प्रदान करते हैं और उच्च परिशुद्धता की ओर चिप निर्माण प्रक्रियाओं के विकास को बढ़ावा देने के लिए एक महत्वपूर्ण गारंटी बन जाते हैं।