Կիսահաղորդչային չափիչ սարքավորումներում գրանիտե հարթակների չափված ջերմային կայունությունը։

​
Կիսահաղորդչային արտադրության ոլորտում ճշգրտությունը արտադրանքի որակի և կատարողականության կենսական կարևորագույն գործոնն է: Կիսահաղորդչային չափիչ սարքավորումները, որպես արտադրության ճշգրտությունն ապահովելու հիմնական օղակ, գրեթե խիստ պահանջներ են ներկայացնում իրենց հիմնական բաղադրիչների կայունության վերաբերյալ: Դրանց թվում է գրանիտե հարթակը, որն ունի իր բացառիկ ջերմային կայունությունը, անփոխարինելի դեր է խաղում կիսահաղորդչային չափիչ սարքավորումներում: Այս հոդվածը կներկայացնի կիսահաղորդչային չափիչ սարքավորումների գրանիտե հարթակների ջերմային կայունության կատարողականի խորը վերլուծություն՝ իրական փորձարկման տվյալների միջոցով:
Կիսահաղորդիչների արտադրության մեջ չափիչ սարքավորումների ջերմային կայունության խիստ պահանջներ
Կիսահաղորդիչների արտադրության գործընթացը չափազանց բարդ և ճշգրիտ է, և չիպի վրա շղթայի գծերի լայնությունը հասել է նանոմետրերի մակարդակին: Նման բարձր ճշգրտությամբ արտադրական գործընթացում նույնիսկ ջերմաստիճանի աննշան փոփոխությունը կարող է առաջացնել սարքավորումների բաղադրիչների ջերմային ընդարձակում և կծկում, ինչը հանգեցնում է չափման սխալների: Օրինակ, լուսանկարչական լիտոգրաֆիայի գործընթացում, եթե չափիչ սարքավորումների չափման ճշգրտությունը շեղվում է 1 նանոմետրով, դա կարող է լուրջ խնդիրներ առաջացնել, ինչպիսիք են կարճ միացումը կամ չիպի վրա շղթաներում բաց շղթաները, ինչը հանգեցնում է չիպի ջարդոնի: Արդյունաբերության վիճակագրության տվյալների համաձայն, ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր 1℃ տատանման դեպքում ավանդական մետաղական նյութերի չափիչ սարքավորումների հարթակը կարող է ենթարկվել մի քանի նանոմետր չափային փոփոխությունների: Այնուամենայնիվ, կիսահաղորդիչների արտադրությունը պահանջում է չափման ճշգրտության վերահսկում ±0.1 նանոմետրի սահմաններում, ինչը ջերմային կայունությունը դարձնում է հիմնական գործոն՝ որոշելու համար, թե արդյոք չափիչ սարքավորումները կարող են բավարարել կիսահաղորդիչների արտադրության պահանջները:

Գրանիտե հարթակների ջերմային կայունության տեսական առավելությունները
Գրանիտը, որպես բնական քարի տեսակ, ունի կոմպակտ ներքին հանքային բյուրեղացում, խիտ և միատարր կառուցվածք և ունի ջերմային կայունության բնական առավելություն: Ջերմային ընդարձակման գործակցի առումով, գրանիտի ջերմային ընդարձակման գործակիցը չափազանց ցածր է, ընդհանուր առմամբ տատանվում է 4.5-ից մինչև 6.5×10⁻⁶/K: Ի տարբերություն դրա, տարածված մետաղական նյութերի, ինչպիսիք են ալյումինե համաձուլվածքները, ջերմային ընդարձակման գործակիցը հասնում է մինչև 23.8×10⁻⁶/K, որը մի քանի անգամ գերազանցում է գրանիտինը: Սա նշանակում է, որ նույն ջերմաստիճանի տատանման պայմաններում գրանիտե հարթակի չափերի փոփոխությունը շատ ավելի փոքր է, քան մետաղական հարթակինը, ինչը կարող է ապահովել ավելի կայուն չափման հենանիշ կիսահաղորդչային չափիչ սարքավորումների համար:
Բացի այդ, գրանիտի բյուրեղային կառուցվածքը այն օժտում է ջերմահաղորդականության գերազանց միատարրությամբ։ Երբ սարքավորումների աշխատանքը ջերմություն է առաջացնում կամ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը փոխվում է, գրանիտե հարթակը կարող է արագ և հավասարաչափ հեռացնել ջերմությունը՝ խուսափելով տեղային գերտաքացումից կամ գերսառեցման երևույթներից, այդպիսով արդյունավետորեն պահպանելով հարթակի ընդհանուր ջերմաստիճանային կայունությունը և ապահովելով չափման ճշգրտության կայունությունը։
Ջերմային կայունության չափման գործընթացն ու մեթոդը
Կիսահաղորդչային չափիչ սարքավորումների գրանիտե հարթակի ջերմային կայունությունը ճշգրիտ գնահատելու համար մենք մշակել ենք խիստ չափման սխեմա։ Ընտրվել է բարձր ճշգրտության կիսահաղորդչային վաֆլի չափիչ սարք, որը հագեցած է գերճշգրիտ մշակված գրանիտե հարթակով։ Փորձարարական միջավայրում մոդելավորվել է կիսահաղորդչային արտադրության արհեստանոցում ջերմաստիճանի ընդհանուր տատանման միջակայքը, այսինքն՝ աստիճանաբար տաքացնելը 20℃-ից մինչև 35℃, ապա կրկին սառեցնելը մինչև 20℃։ Ամբողջ գործընթացը տևել է 8 ժամ։
Չափիչ սարքի գրանիտե հարթակի վրա տեղադրված են բարձր ճշգրտության ստանդարտ սիլիցիումային վաֆլիներ, և նանոմասշտաբային ճշգրտությամբ տեղաշարժի սենսորներ են օգտագործվում՝ սիլիցիումային վաֆլիների և հարթակի միջև հարաբերական դիրքի փոփոխությունները իրական ժամանակում վերահսկելու համար: Միևնույն ժամանակ, հարթակի տարբեր դիրքերում տեղադրված են բազմաթիվ բարձր ճշգրտության ջերմաստիճանի սենսորներ՝ հարթակի մակերեսին ջերմաստիճանի բաշխումը վերահսկելու համար: Փորձի ընթացքում տեղաշարժի և ջերմաստիճանի տվյալները գրանցվել են յուրաքանչյուր 15 րոպեն մեկ՝ տվյալների ամբողջականությունն ու ճշգրտությունն ապահովելու համար:
Չափված տվյալներ և արդյունքների վերլուծություն
Ջերմաստիճանի փոփոխությունների և հարթակի չափի փոփոխությունների միջև կապը
Փորձարարական տվյալները ցույց են տալիս, որ երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է 20℃-ից մինչև 35℃, գրանիտե հարթակի գծային չափի փոփոխությունը չափազանց փոքր է: Հաշվարկից հետո, ամբողջ տաքացման գործընթացի ընթացքում, հարթակի առավելագույն գծային ընդարձակումը կազմում է ընդամենը 0.3 նանոմետր, որը շատ ավելի ցածր է, քան կիսահաղորդչային արտադրության գործընթացներում չափման ճշգրտության համար թույլատրելի սխալի հանդուրժողականության միջակայքը: Սառեցման փուլում հարթակի չափը կարող է գրեթե ամբողջությամբ վերադառնալ սկզբնական վիճակին, և չափի փոփոխության լագ երևույթը կարող է անտեսվել: Չափազանց ցածր չափային փոփոխությունները պահպանելու այս բնութագիրը նույնիսկ զգալի ջերմաստիճանի տատանումների դեպքում լիովին հաստատում է գրանիտե հարթակի բացառիկ ջերմային կայունությունը:
Հարթակի մակերեսին ջերմաստիճանի միատարրության վերլուծություն
Ջերմաստիճանի սենսորով հավաքված տվյալները ցույց են տալիս, որ սարքավորումների շահագործման և ջերմաստիճանի փոփոխության ընթացքում գրանիտե հարթակի մակերեսին ջերմաստիճանի բաշխումը չափազանց միատարր է: Նույնիսկ այն փուլում, երբ ջերմաստիճանը ամենաինտենսիվ է փոխվում, հարթակի մակերեսի յուրաքանչյուր չափման կետի միջև ջերմաստիճանի տարբերությունը միշտ վերահսկվում է ±0.1℃-ի սահմաններում: Միատարր ջերմաստիճանի բաշխումը արդյունավետորեն կանխում է անհավասար ջերմային լարվածության պատճառով հարթակի դեֆորմացիան, ապահովելով չափման հենակետային մակերեսի հարթությունն ու կայունությունը, ինչպես նաև կիսահաղորդչային չափագիտական ​​սարքավորումների համար ապահովելով հուսալի չափման միջավայր:
Համեմատած ավանդական նյութական հարթակների հետ
Գրանիտե հարթակի չափված տվյալները համեմատվել են նույն տեսակի կիսահաղորդչային չափիչ սարքավորումների տվյալների հետ՝ օգտագործելով ալյումինե համաձուլվածքի հարթակ, և տարբերությունները նշանակալի էին։ Նույն ջերմաստիճանի փոփոխության պայմաններում ալյումինե համաձուլվածքի հարթակի գծային ընդարձակումը հասնում է մինչև 2.5 նանոմետրի, ինչը գրանիտե հարթակի համեմատ ավելի քան ութ անգամ ավելի է։ Միևնույն ժամանակ, ալյումինե համաձուլվածքի հարթակի մակերեսին ջերմաստիճանի բաշխումը անհավասար է, առավելագույն ջերմաստիճանային տարբերությունը հասնում է 0.8℃-ի, ինչը հանգեցնում է հարթակի ակնհայտ դեֆորմացիայի և լրջորեն ազդում է չափման ճշգրտության վրա։
Կիսահաղորդչային չափագիտական ​​սարքավորումների ճշգրիտ աշխարհում գրանիտե հարթակները, իրենց բացառիկ ջերմային կայունությամբ, դարձել են չափման ճշգրտությունն ապահովելու հիմնական հենասյունը: Չափված տվյալները հստակորեն ապացուցում են գրանիտե հարթակի բացառիկ կատարողականությունը ջերմաստիճանի փոփոխություններին արձագանքելու հարցում՝ ապահովելով կիսահաղորդչային արտադրության արդյունաբերության համար հուսալի տեխնիկական աջակցություն: Քանի որ կիսահաղորդչային արտադրության գործընթացները զարգանում են դեպի ավելի բարձր ճշգրտություն, գրանիտե հարթակների ջերմային կայունության առավելությունը կդառնա ավելի ու ավելի ակնառու, շարունակաբար խթանելով տեխնոլոգիական նորարարությունը և զարգացումը ոլորտում: