თერმული გაფართოების კოეფიციენტის სპეციფიკური გავლენა ნახევარგამტარების წარმოებაზე.

​
ნახევარგამტარების წარმოების სფეროში, რომელიც უმაღლესი სიზუსტისკენ მიისწრაფვის, თერმული გაფართოების კოეფიციენტი ერთ-ერთი ძირითადი პარამეტრია, რომელიც გავლენას ახდენს პროდუქტის ხარისხსა და წარმოების სტაბილურობაზე. ფოტოლითოგრაფიიდან დაწყებული, გრავირებით დამთავრებული, მთელი პროცესის განმავლობაში, მასალების თერმული გაფართოების კოეფიციენტებში არსებულმა განსხვავებებმა შეიძლება სხვადასხვა გზით ხელი შეუშალოს წარმოების სიზუსტეს. თუმცა, გრანიტის ფუძე, თავისი ულტრადაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტით, ამ პრობლემის გადაჭრის გასაღები გახდა.
ლითოგრაფიის პროცესი: თერმული დეფორმაცია იწვევს ნიმუშის გადახრას
ფოტოლითოგრაფია ნახევარგამტარების წარმოების ერთ-ერთი მთავარი ეტაპია. ფოტოლითოგრაფიული აპარატის მეშვეობით, ნიღაბზე არსებული წრედის ნიმუშები გადადის ფოტორეზისტით დაფარული ვაფლის ზედაპირზე. ამ პროცესის დროს, ფოტოლითოგრაფიული აპარატის შიგნით თერმული მართვა და სამუშაო მაგიდის სტაბილურობა სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია. მაგალითად, ავიღოთ ტრადიციული ლითონის მასალები. მათი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი დაახლოებით 12×10⁻⁶/℃-ია. ფოტოლითოგრაფიული აპარატის მუშაობის დროს, ლაზერული სინათლის წყაროს, ოპტიკური ლინზების და მექანიკური კომპონენტების მიერ გამომუშავებული სითბო გამოიწვევს აღჭურვილობის ტემპერატურის 5-10℃-ით მატებას. თუ ლითოგრაფიული აპარატის სამუშაო მაგიდა იყენებს ლითონის ფუძეს, 1 მეტრის სიგრძის ფუძემ შეიძლება გამოიწვიოს 60-120 μm გაფართოების დეფორმაცია, რაც გამოიწვევს ნიღაბსა და ვაფლს შორის ფარდობითი პოზიციის ცვლილებას.
მოწინავე წარმოების პროცესებში (როგორიცაა 3 ნმ და 2 ნმ), ტრანზისტორებს შორის მანძილი მხოლოდ რამდენიმე ნანომეტრია. ასეთი მცირე თერმული დეფორმაცია საკმარისია ფოტოლიტოგრაფიული ნიმუშის არასწორად განლაგებისთვის, რაც იწვევს ტრანზისტორების შეერთებების დარღვევას, მოკლე ჩართვას ან ღია წრედებს და სხვა პრობლემებს, რაც პირდაპირ იწვევს ჩიპის ფუნქციების გაუმართაობას. გრანიტის ფუძის თერმული გაფართოების კოეფიციენტი მხოლოდ 0.01 μm/°C-ია (ანუ (1-2) ×10⁻⁶/℃), ხოლო დეფორმაცია იმავე ტემპერატურის ცვლილებისას ლითონის დეფორმაციის მხოლოდ 1/10-1/5-ია. მას შეუძლია უზრუნველყოს სტაბილური დატვირთვის მქონე პლატფორმა ფოტოლიტოგრაფიული აპარატისთვის, რაც უზრუნველყოფს ფოტოლიტოგრაფიული ნიმუშის ზუსტ გადაცემას და მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ჩიპის წარმოების მოსავლიანობას.

გრავირება და დეპონირება: გავლენას ახდენს სტრუქტურის განზომილებიან სიზუსტეზე
გრავირება და დეპონირება ვაფლის ზედაპირზე სამგანზომილებიანი წრედის სტრუქტურების აგების ძირითადი პროცესებია. გრავირების პროცესის დროს რეაქტიული აირი ქიმიურ რეაქციას განიცდის ვაფლის ზედაპირულ მასალასთან. ამასობაში, ისეთი კომპონენტები, როგორიცაა რადიოსიხშირული კვების წყარო და აღჭურვილობის შიგნით გაზის ნაკადის კონტროლი, წარმოქმნიან სითბოს, რაც იწვევს ვაფლის და აღჭურვილობის კომპონენტების ტემპერატურის მატებას. თუ ვაფლის მატარებლის ან აღჭურვილობის ფუძის თერმული გაფართოების კოეფიციენტი არ ემთხვევა ვაფლის კოეფიციენტს (სილიკონის მასალის თერმული გაფართოების კოეფიციენტი დაახლოებით 2.6×10⁻⁶/℃-ია), ტემპერატურის ცვლილებისას წარმოიქმნება თერმული სტრესი, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ვაფლის ზედაპირზე პატარა ბზარები ან დეფორმაცია.
ამ ტიპის დეფორმაცია გავლენას მოახდენს გრავირების სიღრმეზე და გვერდითი კედლის ვერტიკალურობაზე, რაც გამოიწვევს გრავირების ღარების, გამტარი ხვრელების და სხვა სტრუქტურების ზომების გადახრას დიზაინის მოთხოვნებიდან. ანალოგიურად, თხელი ფენის დალექვის პროცესში, თერმული გაფართოების სხვაობამ შეიძლება გამოიწვიოს შიდა სტრესი დალექილ თხელ ფენაში, რაც იწვევს ისეთ პრობლემებს, როგორიცაა ფენის ბზარები და აქერცვლა, რაც გავლენას ახდენს ჩიპის ელექტრულ მახასიათებლებსა და გრძელვადიან საიმედოობაზე. გრანიტის ფუძეების გამოყენება, რომელთა თერმული გაფართოების კოეფიციენტი სილიკონის მასალების მსგავსია, ეფექტურად ამცირებს თერმულ სტრესს და უზრუნველყოფს გრავირებისა და დალექვის პროცესების სტაბილურობასა და სიზუსტეს.
შეფუთვის ეტაპი: თერმული შეუსაბამობა იწვევს საიმედოობის პრობლემებს
ნახევარგამტარული შეფუთვის ეტაპზე, ჩიპსა და შესაფუთ მასალას (მაგალითად, ეპოქსიდური ფისი, კერამიკა და ა.შ.) შორის თერმული გაფართოების კოეფიციენტების თავსებადობას სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია. ჩიპების ძირითადი მასალის, სილიციუმის თერმული გაფართოების კოეფიციენტი შედარებით დაბალია, მაშინ როდესაც შესაფუთი მასალების უმეტესობის შემთხვევაში, შედარებით მაღალია. როდესაც ჩიპის ტემპერატურა იცვლება გამოყენების დროს, ჩიპსა და შესაფუთ მასალას შორის წარმოიქმნება თერმული სტრესი თერმული გაფართოების კოეფიციენტების შეუსაბამობის გამო.
ჩიპის მუშაობის დროს განმეორებითი ტემპერატურის ციკლების (მაგალითად, გათბობა და გაგრილება) ზემოქმედებით, ამ თერმულმა სტრესმა შეიძლება გამოიწვიოს ჩიპსა და შეფუთვის სუბსტრატს შორის შედუღების შეერთებების დაღლილობის ბზარები, ან ჩიპის ზედაპირზე შემაერთებელი მავთულების ჩამოვარდნა, რაც საბოლოოდ ჩიპის ელექტრული შეერთების გაუმართაობას გამოიწვევს. შეფუთვის სუბსტრატის მასალების არჩევით, რომელთა თერმული გაფართოების კოეფიციენტი სილიკონის მასალების კოეფიციენტთან ახლოსაა და შეფუთვის პროცესში ზუსტი აღმოჩენისთვის შესანიშნავი თერმული სტაბილურობის მქონე გრანიტის სატესტო პლატფორმების გამოყენებით, შესაძლებელია თერმული შეუსაბამობის პრობლემის ეფექტურად შემცირება, შეფუთვის საიმედოობის გაუმჯობესება და ჩიპის მომსახურების ვადის გახანგრძლივება.
წარმოების გარემოს კონტროლი: აღჭურვილობისა და ქარხნის შენობების კოორდინირებული სტაბილურობა
წარმოების პროცესზე პირდაპირი ზემოქმედების გარდა, თერმული გაფართოების კოეფიციენტი ასევე დაკავშირებულია ნახევარგამტარების ქარხნების საერთო გარემოსდაცვით კონტროლთან. ნახევარგამტარების წარმოების დიდ სახელოსნოებში, ისეთმა ფაქტორებმა, როგორიცაა კონდიცირების სისტემების ჩართვა და გამორთვა და აღჭურვილობის კლასტერების სითბოს გაფრქვევა, შეიძლება გამოიწვიოს გარემოს ტემპერატურის რყევები. თუ ქარხნის იატაკის, აღჭურვილობის ბაზების და სხვა ინფრასტრუქტურის თერმული გაფართოების კოეფიციენტი ძალიან მაღალია, ტემპერატურის გრძელვადიანი ცვლილებები გამოიწვევს იატაკის ბზარების გაჩენას და აღჭურვილობის საფუძვლის გადაადგილებას, რაც გავლენას მოახდენს ისეთი ზუსტი აღჭურვილობის სიზუსტეზე, როგორიცაა ფოტოლიტოგრაფიული და გრავირების მანქანები.
გრანიტის ფუძეების აღჭურვილობის საყრდენებად გამოყენებით და მათი დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტების მქონე ქარხნის სამშენებლო მასალებთან შერწყმით, შესაძლებელია სტაბილური საწარმოო გარემოს შექმნა, რაც ამცირებს გარემოს თერმული დეფორმაციით გამოწვეული აღჭურვილობის კალიბრაციისა და მოვლა-პატრონობის ხარჯებს და უზრუნველყოფს ნახევარგამტარების წარმოების ხაზის ხანგრძლივ სტაბილურ მუშაობას.
თერმული გაფართოების კოეფიციენტი ნახევარგამტარების წარმოების მთელი სასიცოცხლო ციკლის განმავლობაში ვრცელდება, მასალის შერჩევიდან, პროცესის კონტროლიდან შეფუთვამდე და ტესტირებამდე. თერმული გაფართოების გავლენა მკაცრად უნდა იქნას გათვალისწინებული ყველა რგოლში. გრანიტის ფუძეები, მათი ულტრადაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტითა და სხვა შესანიშნავი თვისებებით, ნახევარგამტარების წარმოების სტაბილურ ფიზიკურ საფუძველს ქმნის და მნიშვნელოვან გარანტიას წარმოადგენს ჩიპების წარმოების პროცესების უფრო მაღალი სიზუსტისკენ განვითარების ხელშეწყობისთვის.