Įvadas
Šiuolaikinė puslaidininkių gamyba paremta negailestingu leistinų nuokrypių pagrindu. Proceso mazgams susitraukiant žemiau 5 nm ir artėjant prie 2 nm, kiekvienas įrangos grandinės posistemis turi veikti beprecedentiškai tiksliai. Vienas komponentas, kurio įtaka bendram sistemos veikimui dažnai neįvertinama, yra struktūrinė bazė - platforma, ant kurios montuojamos padėties nustatymo etapai, optika ir jutikliai ir nurodoma.
Šiame straipsnyje nagrinėjami inžineriniai reikalavimaitikslūs konstrukciniai pagrindaipuslaidininkinėje įrangoje, naudojamos medžiagos ir kintantys poreikiai, kuriuos naujos{0}}kartos litografijos ir tikrinimo sistemos kelia šiam pagrindiniam komponentui.
Kodėl bazė svarbi puslaidininkinėje įrangoje
Puslaidininkinės įrangos sistema -, nesvarbu, ar plokštelinis skaitytuvas, elektronų pluošto tikrinimo įrankis ar metrologijos instrumentas, - iš esmės yra tiksliai išdėstytų komponentų rinkinys, kuris eksploatacijos metu turi išlaikyti savo erdvinį ryšį su sub-nanometro tolerancija. Konstrukcinis pagrindas yra bendras atskaitos rėmas, prie kurio sumontuoti visi šie komponentai.
Bet kokia pagrindo deformacija - dėl vibracijos, šiluminio plėtimosi ar mechaninės apkrovos - tiesiogiai plinta į padėties nustatymo klaidą. Sistemoje, kurioje perdangos tikslumas turi būti kontroliuojamas iki 1–2 nm, bazė, kuri per darbo dieną sukuria 10 nm šiluminį poslinkį, yra reikšmingas veikimo apribojimas.
Dėl šios priežasties puslaidininkinės įrangos inžinieriai deda daug pastangų į pagrindo projektavimą ir medžiagų parinkimą, konstrukcinį pamatą traktuodami kaip pirmos eilės{0}}inžinerijos problemą, o ne paskubą.
Tiksliosios įrangos bazių medžiagų reikalavimai
Ideali pagrindo medžiaga puslaidininkinei įrangai turi atitikti kelis vienu metu keliamus reikalavimus, kurie daugeliu atžvilgių yra prieštaringi.
Didelis standumas reikalingas, kad būtų atsparus deformacijai, veikiant inercinėms jėgoms, kurias sukuria didelio{0}}pagreičio padėties nustatymo etapai. Granito pagrindas, kurio tankis yra maždaug 3 100 kg/m³ ir didelis atsparumas gniuždymui, užtikrina puikias masės -–- standumo charakteristikas.
Mažas ir vienodas šiluminis plėtimasis yra labai svarbus, nes puslaidininkių švarios patalpos, nepaisant aktyvios temperatūros kontrolės, patiria šiluminius gradientus. Medžiaga, kurios šiluminio plėtimosi koeficientas - yra žemas 5–8 × 10⁻⁶/ laipsnis kokybiškam granitui -, sumažina matmenų pokyčius. Kai kuriose įrangos konstrukcijose taip pat naudojamos medžiagos, pvz., Zerodur arba silicio karbidas, skirtos tam tikriems komponentams, tačiau dėl didelių sąnaudų jos dažniausiai skirtos optiniams stendams ir veidrodžių pagrindams.
Vibracijos slopinimas yra savybė, kai granitas yra pranašesnis už metalus. Vidinė granito grūdėtoji struktūra sugeria mechanines vibracijas veiksmingiau nei ketaus ar aliuminio, todėl granitas yra tinkamiausia medžiaga didelio -jautrumo metrologijos ir litografijos sistemoms.
Matmenų stabilumas laikui bėgant - šliaužimo ar atsipalaidavimo įtempimo nebuvimas - yra dar vienas pagrindinis reikalavimas. Granitas yra geologiškai stabilus ir neturi ilgalaikio-matmenų poslinkio, kurį gali parodyti kai kurie polimeriniai kompozitiniai arba liejiniai metaliniai pagrindai.
Granitas prieš alternatyvias pagrindines medžiagas
Kai kurios medžiagos konkuruoja su granitu tikslios įrangos bazėje, kiekviena turi skirtingus kompromisus{0}}.
Mineralinis liejimas (polimerinis betonas) sujungia granito užpildą su epoksidine matrica. Jis gerai slopina vibraciją, gali būti suformuotas į sudėtingas formas ir turi tinkamą terminį stabilumą. Tačiau jo ilgalaikis -matmenų stabilumas per ilgus eksploatavimo metus nėra taip gerai nustatytas kaip natūralaus granito, o jo tankis yra mažesnis, todėl sumažėja pasyviosios vibracijos izoliacijos efektyvumas.
Anglies pluošto kompozicinės konstrukcijos pasižymi itin dideliu standumo{0}}svorio ir -svorio santykiu ir labai mažu šiluminiu plėtimu, tačiau dėl jų anizotropinių savybių dizainas yra sudėtingesnis, o jų kaina dideliais kiekiais yra daug didesnė nei granito. Anglies pluošto sijos vis dažniau naudojamos kaip tilto konstrukcijos ožinėje{3}}įrangoje, bet retai kaip visos įrangos bazės.
Ultra-High Performance Concrete (UHPC) yra nauja konstrukcinė medžiaga, kurios gniuždymo stipris viršija 150 MPa ir gerai slopina vibraciją. Jo matmenų elgsena esant nuolatinei apkrovai ir ilgalaikės-šliaužimo charakteristikos tiksliuose įrenginiuose yra nuolatinio tyrimo objektas.
Daugumoje tikslios puslaidininkinės įrangos pritaikymo dabartinėje eroje gerai{0}}apdorotas natūralus granitas išlieka etalonu, pagal kurį vertinamos alternatyvos.
Oro guoliai ir jų ryšys su granito pagrindo paviršiais
Daugelyje didelio{0}}tikslaus padėties nustatymo etapų puslaidininkinėje įrangoje naudojami oro guoliai - įrenginiai, kurie plūduriuoja ant plonos suslėgto oro plėvelės virš tikslaus-žemės atskaitos paviršiaus. Šio etaloninio paviršiaus kokybė - jo lygumas, paviršiaus šiurkštumas ir matmenų stabilumas - tiesiogiai nulemia scenos pozicionavimo našumą.
Granitas yra dominuojanti orą turinčių etaloninių paviršių medžiaga dėl kelių priežasčių. Pirma, jo kietumas atsparus dėvėjimuisi dėl atsitiktinio prisilietimo. Antra, jis gali būti padengtas iki plokštumo lygių, kurių reikalauja orinių guolių gamintojai -, paprastai 1–3 µm plokštumo diapazone visame judėjimo diapazone. Trečia, granito ne-magnetinis, ne-reaktyvus paviršius netrukdo scenoje naudojamiems tiksliams jutikliams.
Ant granito etaloninių paviršių sumontuoti oro guolių kreiptuvai naudojami puslaidininkinėse plokštelėse, tiksliose optinėse derinimo sistemose ir nano-padėties nustatymo platformose. Oro guolių technologijos integravimas su tiksliomis granitinėmis konstrukcijomis yra viena iš itin-tikslios įrangos projektavimo ypatybių.
Šilumos valdymas ir temperatūros{0}}valdoma aplinka
Tiksli puslaidininkinė įranga paprastai naudojama švariose patalpose su aktyvia šilumos kontrole. Temperatūra gali būti palaikoma ±0,1 laipsnio ar geresne riba. Nepaisant to, šilumos valdymas įrangos lygmeniu tebėra didelis inžinerinis iššūkis.
Pažangių litografijos sistemų įrangos bazėse dažnai įrengiami vidiniai skysčių kanalai aktyviam šiluminiam stabilizavimui. Pati granito konstrukcija veikia kaip šiluminė masė, kuri sulaiko greitus temperatūros svyravimus, o kontroliuojamas skysčio srautas palaiko pastovią pagrindo temperatūrą, nepriklausomai nuo variklių, stiprintuvų ir apšvietimo generuojamos šilumos.
Labai didelio tikslumo sistemose šiluminiai jutikliai yra įterpti keliuose granito struktūros taškuose, o išmatuotos temperatūros yra naudojamos padėties nustatymo matavimams realiuoju laiku taisyti naudojant šiluminio kompensavimo algoritmus. Šis metodas -, derinant stabilią granito struktūrą su aktyviu šilumos valdymu ir programinės įrangos korekcija -, yra tikslios įrangos projektavimo naujausia technika.
Žvilgsnis į ateitį: didėjantys tiksliųjų konstrukcijų reikalavimai
Puslaidininkių gamybai judant link 2 nm ir toliau, o naujoms programoms, tokioms kaip ekstremalioji ultravioletinė (EUV) litografija ir didelės -raiškos e-spindulio metrologija, reikalaujama vis griežtesnių leistinų nuokrypių, tikslios konstrukcijos pagrindų reikalavimai ir toliau griežtės.
Tai paskatins tolesnę granito atrankos plėtrą - teikiant pirmenybę medžiagoms, kurioms taikomos griežtesnės tankio vienodumo, liekamojo įtempio ir mikroporingumo specifikacijos -, taip pat patobulinti apdorojimą, kad būtų pasiekta smulkesnė paviršiaus apdaila ir mažesnės lygumo tolerancijos didesniuose plotuose.
Taip pat bus skatinamas granito integravimas su aktyviomis vibracijos izoliavimo sistemomis, tikslus šiluminis valdymas ir realaus laiko{0}}metrologijos grįžtamasis ryšys, sukuriant įrangos platformas, kuriose struktūrinė bazė yra ne pasyvus elementas, o aktyvus sistemos našumo palaikymo dalyvis.
Pagrindinė tikslių konstrukcinių medžiagų svarba įgalinant naujos kartos puslaidininkių technologijas yra sritis, kuri nusipelno inžinierių bendruomenės dėmesio ir pagarbos. Įrangos bazės lygmenyje išsaugoti nanometrai tiesiogiai paverčia modernius skaičiavimus, ryšius ir dirbtinį intelektą maitinančių įrenginių patobulinimus.