අර්ධ සන්නායක උපකරණවල ග්‍රැනයිට් සංරචකවල කාර්යභාරය

අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තය ක්‍රියාත්මක වන්නේ මැනිය හැකි සහ නිෂ්පාදනය කළ හැකි දේවල භෞතික සීමාවන් තුළ ය. නවීන ඒකාබද්ධ පරිපථවල නැනෝමීටර 3 ට අඩු ගේට්ටු දිගක් සහිත ට්‍රාන්සිස්ටර ඇත - තනි සිලිකන් පරමාණුවක් තීරණාත්මක ලක්ෂණ ප්‍රමාණයෙන් අර්ථවත් කොටසක් නියෝජනය කරන මානයන්. මෙම ව්‍යුහයන් නිර්මාණය කර සත්‍යාපනය කරන ලිතෝග්‍රැෆි පද්ධති, වේෆර් පරීක්ෂණ මෙවලම් සහ මිනුම් විද්‍යා උපකරණ දශක දෙකකට පෙර කළ නොහැකි යැයි පෙනෙන ස්ථානගත කිරීමේ නිරවද්‍යතාවය, කම්පන හුදකලාව සහ මාන ස්ථායිතාව ලබා ගත යුතුය.

එහෙත් අසාමාන්‍ය තාක්‍ෂණයෙන් පිරුණු මෙම කාමර තුළ, වඩාත්ම වැදගත් ව්‍යුහාත්මක ද්‍රව්‍යයක් වන්නේ පුරාණ දෙයකි: ග්‍රැනයිට්. නිරවද්‍යතාවයෙන් යන්ත්‍රගත කරන ලද, තාප පාලනය කරන ලද කළු ග්‍රැනයිට් ලෝකයේ වඩාත්ම දියුණු අර්ධ සන්නායක උපකරණ වේදිකා බොහොමයක ව්‍යුහාත්මක කොඳු නාරටිය සාදයි. සියලුම ග්‍රැනයිට් සමාන නොවන්නේ මන්ද යන්න තේරුම් ගැනීම අර්ධ සන්නායක උපකරණ ඉංජිනේරු විද්‍යාවේ තීරණාත්මක සහ බොහෝ විට නොසලකා හරින ලද අංගයක් ආලෝකමත් කරයි.

අර්ධ සන්නායක උපකරණ පරිසරය: පදනම නොනැසී පැවතිය යුතු දේ

ෆොටෝලිතෝග්‍රැෆි නිරාවරණ පද්ධතියක් (ස්කෑනරය හෝ ස්ටෙපර්) ක්‍රියාත්මක වන්නේ වාතයේ අංශු ගණන 1 පන්තිය හෝ 10 පන්තියේ මට්ටම්වලට පාලනය කරන පිරිසිදු කාමර පරිසරයක ය - එනම් 0.5 μm හෝ ඊට වැඩි වාතයේ ඝන අඩියකට අංශු 1 හෝ 10 ට වඩා අඩුය. උපකරණ විසින්ම නැනෝමීටර 1 ට අඩු අදියර ස්ථානගත කිරීමේ පුනරාවර්තන හැකියාව, නැනෝමීටර 2 ට අඩු ආවරණ නිරවද්‍යතාවය සහ නැනෝමීටර කිහිපයක් ඇතුළත 300 mm වේෆරයක් හරහා නාභිගත කිරීමේ ඒකාකාරිත්වය ලබා ගත යුතුය.

මෙය සිදු කරන වේෆර් අදියර තත්පරයට මීටර 1 ඉක්මවන වේගයකින් චලනය වන අතර, ග්‍රෑම් 10 ඉක්මවන වේගයකින් වේගවත් වී මන්දගාමී වන අතර, මෙම චක්‍රය පැයකට දහස් වාරයක් - සෑම පැයකටම, සෑම දිනකම, වසර ගණනාවක් පුනරාවර්තනය වේ. මෙම අදියරට සහාය වන ග්‍රැනයිට් පාදය වේදිකාවේ ස්ථාන මිනුම දූෂිත කරන ආකාරයෙන් නැමීම, රිංගීම හෝ අනුනාද වීම නොකළ යුතුය. එය උපකරණයේ තාප මෙහෙයුම් පරාසය හරහා මානයන් වශයෙන් ස්ථාවරව පැවතිය යුතුය. තවද එය දශකයක් හෝ ඊට වැඩි කාලයක් පැවතිය හැකි පද්ධතියේ මෙහෙයුම් ආයු කාලය සඳහා මේ සියල්ල විශ්වාසදායක ලෙස කළ යුතුය.

මේවා මෘදු මෙහෙයුම් තත්වයන් නොවේ. ඒවා සෑම සංරචකයක් සඳහාම දැඩි ඉල්ලීම් කරයි - පෙනෙන පරිදි නිෂ්ක්‍රීය ග්‍රැනයිට් පදනම ඇතුළුව.

කම්පන හුදකලා කිරීම සහ තෙතමනය: ග්‍රැනයිට් වල භෞතික වාසිය

අර්ධ සන්නායක පහසුකම් කම්පන හුදකලාව සඳහා දැවැන්ත ලෙස ආයෝජනය කරයි - ගොඩනැගිලි අත්තිවාරම්වල සිට (වායුමය හුදකලා අරා මත සවි කළ හැකිය) උපකරණ මට්ටමේ ක්‍රියාකාරී කම්පන අවලංගු කිරීමේ පද්ධති දක්වා. නමුත් මෙම පද්ධතිවලට සීමාවන් ඇත. ඒවාට සියලු කම්පනය ඉවත් කළ නොහැකි අතර, සියලු සංඛ්‍යාතවලට ක්ෂණිකව ප්‍රතිචාර දැක්විය නොහැක. ග්‍රැනයිට් යන්ත්‍ර පදනම කම්පන හුදකලාවේ අවසාන නිෂ්ක්‍රීය අවධිය සපයයි.

කම්පන තෙතමනය කිරීමේ භෞතික විද්‍යාව ඉහළ ස්කන්ධයක් සහ නිශ්චිත තෙතමනය කිරීමේ ධාරිතාවක් ඇති ද්‍රව්‍ය සඳහා කැමැත්තක් දක්වයි. ඉහළ ඝනත්ව කළු ග්‍රැනයිට් - අන්තර් අගුළු දැමූ ක්වාර්ට්ස්, ෆෙල්ඩ්ස්පාර් සහ මයිකා ස්ඵටිකවල ස්ඵටික ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය සමඟ - ස්කන්ධ බලපෑම් සහ ධාන්‍ය මායිම් ඝර්ෂණයේ සංයෝජනයක් හරහා යාන්ත්‍රික කම්පනවල විශිෂ්ට අභ්‍යන්තර තෙතමනයක් සපයයි. බිම හරහා හෝ චලනය වන අවධියේ ප්‍රතික්‍රියා බලවේග හරහා පාදයට ඇතුළු වන කම්පන සංවේදී මිනුම් පද්ධති වෙත නැවත ප්‍රචාරණය කිරීමට පෙර ග්‍රැනයිට් තුළ අවශෝෂණය කර විසුරුවා හරිනු ලැබේ.

වානේවල ඉහළ ආතන්ය ශක්තිය තිබියදීත්, මේ සම්බන්ධයෙන් ග්‍රැනයිට් වානේ අභිබවා යයි. හේතුව ස්ඵටික ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය තුළ ය: ග්‍රැනයිට් වල බහු ස්ඵටික ධාන්‍ය ව්‍යුහය ධාන්‍ය මායිම්වල කම්පන ශක්තිය විසිරී අවශෝෂණය කරන අතර වානේවල ඇණවුම් කළ ස්ඵටික ව්‍යුහය කම්පනය වඩාත් කාර්යක්ෂමව සිදු කරයි. තෙතමනය සඳහා වාත්තු යකඩ වානේ වලට වඩා හොඳය, ඒ නිසා එය ඓතිහාසිකව නිරවද්‍ය යන්ත්‍ර මෙවලම් පාදක සඳහා භාවිතා කරන ලදී - නමුත් නිරවද්‍ය ග්‍රැනයිට් තවමත් හොඳය.

තාප ස්ථායිතාව: නැනෝමීටර පුනරාවර්තන හැකියාවේ පදනම

නැනෝමීටර පරිමාණයෙන්, තාප ස්ථායිතාව යනු මාන පුනරාවර්තනය පාලනය කරන ප්‍රමුඛ සාධකයයි. මීටර් 1 වානේ සංරචකයක 1°C උෂ්ණත්ව වෙනසක් ආසන්න වශයෙන් මයික්‍රෝමීටර 11.7 ක තාප ප්‍රසාරණයකට හේතු වේ - නැනෝමීටර 11,700. ග්‍රැනයිට් වල, සමාන ප්‍රසාරණය සාමාන්‍යයෙන් මයික්‍රෝමීටර 6–8 ක් වන අතර එය වානේ වලින් අඩක් පමණ වේ. අතිශය අඩු ප්‍රසාරණ වීදුරු පිඟන් මැටි (සෙරොඩූර් හෝ ULE වැනි) වල, එය අංශකයකට මයික්‍රෝමීටර 0–0.02 ක් පමණි - නමුත් මෙම ද්‍රව්‍ය යන්ත්‍ර පාදක සඳහා අවශ්‍ය විශාල ප්‍රමාණවලින් සැකසීමට බෙහෙවින් මිල අධික වන අතර දුෂ්කර ය.

අර්ධ සන්නායක උපකරණ භෂ්ම සඳහා, ග්‍රැනයිට් වල තාප ප්‍රසාරණ හැසිරීම අඩු පමණක් නොව පුරෝකථනය කළ හැකි විය යුතුය. අදියරවල තාප වන්දි ඉංජිනේරුකරණය කිරීම සඳහා නිර්මාණකරුවන් ග්‍රැනයිට් වල දන්නා CTE භාවිතා කරයි.ස්ථාන මිනුම් පද්ධතිය. අඩු ගුණාත්මක භාවයෙන් හෝ නුසුදුසු ලෙස තෝරාගත් ග්‍රැනයිට් වල සිදුවිය හැකි අනපේක්ෂිත හෝ අවකාශීය වශයෙන් වෙනස් වන CTE - වන්දි ගෙවීම කළ නොහැකි අතර ක්‍රමාංකනය කළ නොහැකි උෂ්ණත්වය මත රඳා පවතින ස්ථාන දෝෂ වලට මග පාදයි.

අර්ධ සන්නායක උපකරණ යෙදීම්වල ග්‍රැනයිට් වල නිශ්චිත ප්‍රභවය සහ පිරිවිතර වැදගත් වීමට මෙය එක් හේතුවකි. ද්‍රව්‍යය තාප හැසිරීම සඳහා සංලක්ෂිත විය යුතුය - සාමාන්‍යයෙන් "කළු ග්‍රැනයිට්" ලෙස නිශ්චිතව දක්වා නැත - සහ සංරචකය පුරා එහි තාප හැසිරීම ඒකාකාරී බව සහතික කරන ස්ථාවර ඝනත්වය සහ සමජාතීයතා අවශ්‍යතා සපුරාලිය යුතුය.

වාතය සහිත ග්‍රැනයිට් මතුපිට: චලනය වන අතුරුමුහුණත

බොහෝ අර්ධ සන්නායක උපකරණ චලන පද්ධති වායු ෙබයාරිං භාවිතා කරයි - පීඩන වාතයේ තුනී පටල, ඵලදායී ලෙස ශුන්‍ය ඝර්ෂණය සහ ශුන්‍ය ස්පර්ශ ඇඳීම් සහිතව යොමු මතුපිටක් මත අදියර චලනය කිරීමට ඉඩ සලසයි. වායු ෙබයාරිං උප-නැනෝමීටර චලන සුමට බවක්, කූරු-ස්ලිප් හැසිරීමක් නොමැති (නැනෝමීටර පරිමාණ ස්ථානගත කිරීම දූෂිත කරයි) සහ පිරිසිදු කාමර පරිසරයට හානි කළ හැකි ලිහිසිකරණ දූෂණයක් ලබා නොදේ.

වායු බෙයාරින් එකක ක්‍රියාකාරිත්වය එය ගමන් කරන මතුපිට මත තීරණාත්මක ලෙස රඳා පවතී. ෙබයාරින් මතුපිටෙහි සමතලා දෝෂ වේදිකා ස්ථානගත කිරීමේ දෝෂ බවට පත්වේ. මතුපිට රළුබව වායු පටල ස්ථායිතාවයට බලපායි. ක්‍රියාත්මක වන අතරතුර වායු පටලය මොහොතකට කඩා වැටුණහොත් ඇඳීමට ප්‍රතිරෝධය දැක්වීමට ද්‍රව්‍යය ප්‍රමාණවත් තරම් තද විය යුතුය. වායු පරතරය වෙනස් කරන අවකල්‍ය ප්‍රසාරණය වළක්වා ගැනීම සඳහා ද්‍රව්‍යය වේදිකාව සහ වායු සැපයුම් පද්ධතිය සමඟ තාප අනුකූල විය යුතුය.

නිරවද්‍ය ග්‍රැනයිට්, බෙයාරින් ගමන් දුරින් 1 μm ට වඩා හොඳින් සමතලා කර 0.1 μm ට අඩු Ra ට ඔප දමා, මෙම සියලු අවශ්‍යතා සපුරාලයි. ඉහළ දෘඪතාව (ඇඳීමට ඔරොත්තු දෙන), අඩු මතුපිට රළුබව (ස්ථාවර වායු පටල සඳහා සහාය වීම) සහ මාන ස්ථායිතාව (කාලයත් සමඟ සමතලා බව ආරක්ෂා කිරීම) සංයෝජනය ග්‍රැනයිට් ඉල්ලුමක් ඇති අර්ධ සන්නායක යෙදීම් වලදී වායු දරණ යොමු මතුපිට සඳහා තෝරා ගැනීමේ ද්‍රව්‍ය බවට පත් කරයි.

වේෆර් පරීක්ෂණ සහ මිනුම් විද්‍යා උපකරණවල ග්‍රැනයිට්

ලිතෝග්‍රැෆි වලින් ඔබ්බට, අර්ධ සන්නායක වේෆර් පරීක්ෂා කිරීමට සහ මැනීමට භාවිතා කරන උපකරණ කට්ටලයේ ග්‍රැනයිට් සමානව වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. ස්කෑන් ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂ (SEM), නාභිගත අයන කදම්භ (FIB) පද්ධති, දෘශ්‍ය දෝෂ පරීක්ෂණ මෙවලම් සහ ආවරණ මිනුම් විද්‍යා පද්ධති සියල්ලම ඒවායේ අවශ්‍ය මිනුම් නිරවද්‍යතාවය ලබා ගැනීම සඳහා ස්ථාවර, කම්පන-නිදහස් පදනම් මත රඳා පවතී.

නැනෝමීටර 3 ක ගේට්ටු පළල මනින තීරණාත්මක මාන ස්කෑනිං ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂයක් (CD-SEM) උප-නැනෝමීටර නිරවද්‍යතාවයකින් රූපගත කළ යුතුය. රූප ලබා ගැනීමේදී නියැදිය සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන කදම්භය අතර ඇති ඕනෑම කම්පනයක් රූපය බොඳ කරන අතර මිනුම් අවිනිශ්චිතතාවයක් ඇති කරයි. ග්‍රැනයිට් පාදය නියැදි අවධිය බිම් කම්පන වලින් හුදකලා කරන අතර, පරමාණුක පරිමාණ මිනුම් කළ හැකි නිහඬ යාන්ත්‍රික පරිසරයක් සපයයි.

ඒ හා සමානව, දෘශ්‍ය විසිරුම්මිතික පද්ධති සහ වේෆර් ජ්‍යාමිතික මෙවලම් මිනුම් කදම්භ සහ වේෆර් මතුපිට අතර ජ්‍යාමිතික සම්බන්ධතා පවත්වා ගැනීම සඳහා ග්‍රැනයිට් පාදක සහ යොමු මතුපිට භාවිතා කරයි. වේෆරයක් පරීක්ෂාව සමත් වේද නැද්ද යන්න තීරණය කරන සමස්ත මෙවලමෙහි මිනුම් නිරවද්‍යතාවය අවසානයේ රඳා පවතින්නේ එයට යටින් ඇති ග්‍රැනයිට් වල මාන ස්ථායිතාව මත ය.

කර්මාන්ත යෙදුම්: අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේ ග්‍රැනයිට් වල අර්ධ සිතියමක්

අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේ ග්‍රැනයිට් වල භූමිකාවේ පළල අගය කිරීම සඳහා, නිරවද්‍ය ග්‍රැනයිට් සංරචක නිතිපතා සොයා ගන්නා උපකරණ වර්ග සලකා බලන්න: ෆොටෝලිතෝග්‍රැෆි ස්කෑනර් සහ ස්ටෙපර් (වේෆර් අදියර පාදක, රෙටිකල් අදියර පාදක, යොමු රාමු); රසායනික යාන්ත්‍රික තලකරණ (CMP) උපකරණ (කන්ඩිෂනින් තැටි යොමු මතුපිට, මිනුම් අදියර); වේෆර් පරීක්ෂණ පද්ධති (වේෆර් පාදක, යොමු දර්පණ, කම්පන හුදකලා වේදිකා); විසිරුම් මිනුම් උපකරණ, ඉලිප්සෝමීටර සහ අන්තර්-මිතික ආවරණ මෙවලම් ඇතුළු මිනුම් විද්‍යා උපකරණ; මාන ස්ථායිතාව වේෆර් හානි වළක්වන වේෆර් හැසිරවීම සහ ප්‍රවාහන පද්ධති; ඉලෙක්ට්‍රෝන කදම්භ පරීක්ෂාව සහ ලිතෝග්‍රැෆි පද්ධති; සහ කදම්භ ස්ථානගත කිරීමේ ස්ථායිතාව ඉතා වැදගත් වන අයන බද්ධ කිරීමේ උපකරණ.

මෙම සෑම යෙදුමකම, ග්‍රැනයිට් යනු වෙළඳ භාණ්ඩ ආදානයක් නොව, කාර්ය සාධන පිරිවිතරය පද්ධති හැකියාව සෘජුවම තීරණය කරන තීරණාත්මක නිරවද්‍යතා සංරචකයකි. ±10 μm පැතලි බවකට නිෂ්පාදනය කරන ලද ග්‍රැනයිට් සංරචකයක් සහ ±0.5 μm පැතලි බවකට නිෂ්පාදනය කරන ලද එකක් අතර වෙනස 20× වැඩිදියුණු කිරීමක් නොවේ - එය එහි පිරිවිතරයන් සාක්ෂාත් කර ගන්නා මෙවලමක් සහ මූලික වශයෙන් කළ නොහැකි එකක් අතර වෙනස විය හැකිය.

අර්ධ සන්නායක යෙදුම් සඳහා නිරවද්‍ය ග්‍රැනයිට් මූලාශ්‍ර කිරීම

අර්ධ සන්නායක යෙදුම්වල කාර්ය සාධන ඉල්ලීම් සැලකිල්ලට ගෙන, ග්‍රැනයිට් සැපයුම්කරුවෙකු තෝරා ගැනීම සහ සුදුසුකම් ලැබීම සැලකිය යුතු ඉංජිනේරු තීරණයකි. මූලික ද්‍රව්‍ය පිරිවිතරයන්ට අමතරව - ඝනත්වය, තාප ප්‍රසාරණ සංගුණකය, සමතලා ශ්‍රේණිය - ගැනුම්කරුවන් සැපයුම්කරුගේ සැබෑ මිනුම් හැකියාව (ඔවුන් සාක්ෂාත් කර ගැනීමට කියා සිටින දේ සත්‍යාපනය කළ හැකිද?), අර්ධ සන්නායක උපකරණ යෙදුම් පිළිබඳ ඔවුන්ගේ අත්දැකීම්, ඔවුන්ගේ තත්ත්ව කළමනාකරණ පද්ධතියේ ශක්තිමත් බව සහ නිෂ්පාදන කාණ්ඩ හරහා අනුකූලතාව පවත්වා ගැනීමේ හැකියාව ඇගයීමට අවශ්‍ය වේ.

අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ සැපයුම් දාමය සමාව දිය නොහැකි ය: පිරිවිතර සපුරාලීමට අපොහොසත් වන නිරවද්‍ය සංරචකයක් උපකරණ බෙදා හැරීම ප්‍රමාද කිරීමට, නිෂ්පාදන දත්ත දූෂිත කිරීමට හෝ මිල අධික ක්ෂේත්‍ර ප්‍රතිසංස්කරණ අවශ්‍ය කිරීමට හේතු විය හැක. පිරිවිතර සපුරාලන නිරවද්‍ය ග්‍රැනයිට් පදනමක පිරිවැය, එසේ නොවන එකක පිරිවැයට සාපේක්ෂව ඉතා සුළුය.

නිගමනය

අර්ධ සන්නායක උපකරණවල ග්‍රැනයිට් වල කාර්යභාරය බොහෝ නිරීක්ෂකයින්ට නොපෙනේ - ලේසර්, ඉලෙක්ට්‍රෝන කදම්භ සහ නැනෝ පරිමාණ දෘෂ්ටි විද්‍යාවේ වඩාත් ආකර්ෂණීය තාක්ෂණයන් යටතේ සැඟවී ඇත. නමුත් එය පදනම් වේ. අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදන උපකරණවල නැනෝමීටර පරිමාණ නිරවද්‍යතාවය සහ පුනරාවර්තන හැකියාව රඳා පවතින්නේ නිරවද්‍ය ග්‍රැනයිට් සංරචකවල මාන ස්ථායිතාව, කම්පන තෙතමනය සහ මතුපිට ගුණාත්මකභාවය මත ය.

අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තය ට්‍රාන්සිස්ටර මානයන් වත්මන් සීමාවන්ට වඩා පහළට තල්ලු කිරීම දිගටම කරගෙන යන විට, උපකරණවල සෑම සංරචකයකම - ග්‍රැනයිට් පදනම ඇතුළුව - ඉල්ලුම වැඩි වනු ඇත. මෙම පරිණාමය වන අවශ්‍යතා සපුරාලන ග්‍රැනයිට් සංරචක සැපයිය හැකි නිෂ්පාදකයින්, එය සනාථ කිරීම සඳහා සත්‍යාපිත මිනුම් දත්ත සමඟ, ඊළඟ පරම්පරාවේ අර්ධ සන්නායක තාක්ෂණය සක්‍රීය කිරීම සඳහා අත්‍යවශ්‍ය කාර්යභාරයක් ඉටු කරනු ඇත.