അർദ്ധചാലക നിർമ്മാണത്തിൽ താപ വികാസ ഗുണകത്തിന്റെ പ്രത്യേക സ്വാധീനം.

​
ആത്യന്തിക കൃത്യത പിന്തുടരുന്ന സെമികണ്ടക്ടർ നിർമ്മാണ മേഖലയിൽ, ഉൽപ്പന്ന ഗുണനിലവാരത്തെയും ഉൽപാദന സ്ഥിരതയെയും ബാധിക്കുന്ന പ്രധാന പാരാമീറ്ററുകളിൽ ഒന്നാണ് താപ വികാസ ഗുണകം. ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി, എച്ചിംഗ് മുതൽ പാക്കേജിംഗ് വരെയുള്ള മുഴുവൻ പ്രക്രിയയിലുടനീളം, വസ്തുക്കളുടെ താപ വികാസ ഗുണകങ്ങളിലെ വ്യത്യാസങ്ങൾ നിർമ്മാണ കൃത്യതയെ പലവിധത്തിൽ തടസ്സപ്പെടുത്തും. എന്നിരുന്നാലും, വളരെ കുറഞ്ഞ താപ വികാസ ഗുണകമുള്ള ഗ്രാനൈറ്റ് അടിത്തറ ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നതിനുള്ള താക്കോലായി മാറിയിരിക്കുന്നു.
ലിത്തോഗ്രാഫി പ്രക്രിയ: താപ രൂപഭേദം പാറ്റേൺ വ്യതിയാനത്തിന് കാരണമാകുന്നു.
സെമികണ്ടക്ടർ നിർമ്മാണത്തിലെ ഒരു പ്രധാന ഘട്ടമാണ് ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി. ഒരു ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി മെഷീൻ വഴി, മാസ്കിലെ സർക്യൂട്ട് പാറ്റേണുകൾ ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റ് കൊണ്ട് പൊതിഞ്ഞ വേഫറിന്റെ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് മാറ്റുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയിൽ, ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി മെഷീനിനുള്ളിലെ താപ മാനേജ്മെന്റും വർക്ക്ടേബിളിന്റെ സ്ഥിരതയും വളരെ പ്രധാനമാണ്. പരമ്പരാഗത ലോഹ വസ്തുക്കളെ ഉദാഹരണമായി എടുക്കുക. അവയുടെ താപ വികാസ ഗുണകം ഏകദേശം 12×10⁻⁶/℃ ആണ്. ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി മെഷീനിന്റെ പ്രവർത്തന സമയത്ത്, ലേസർ പ്രകാശ സ്രോതസ്സ്, ഒപ്റ്റിക്കൽ ലെൻസുകൾ, മെക്കാനിക്കൽ ഘടകങ്ങൾ എന്നിവ സൃഷ്ടിക്കുന്ന താപം ഉപകരണത്തിന്റെ താപനില 5-10 ℃ വരെ ഉയരാൻ കാരണമാകും. ലിത്തോഗ്രാഫി മെഷീനിന്റെ വർക്ക്ടേബിൾ ഒരു ലോഹ അടിത്തറ ഉപയോഗിക്കുകയാണെങ്കിൽ, 1 മീറ്റർ നീളമുള്ള അടിത്തറ 60-120 μm വികാസ രൂപഭേദം വരുത്തിയേക്കാം, ഇത് മാസ്കിനും വേഫറിനും ഇടയിലുള്ള ആപേക്ഷിക സ്ഥാനത്ത് മാറ്റത്തിന് കാരണമാകും.
നൂതന നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകളിൽ (3nm, 2nm പോലുള്ളവ), ട്രാൻസിസ്റ്റർ സ്പേസിംഗ് കുറച്ച് നാനോമീറ്ററുകൾ മാത്രമാണ്. ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി പാറ്റേൺ തെറ്റായി ക്രമീകരിക്കാൻ ഇത്രയും ചെറിയ താപ രൂപഭേദം മതിയാകും, ഇത് അസാധാരണമായ ട്രാൻസിസ്റ്റർ കണക്ഷനുകൾ, ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ടുകൾ അല്ലെങ്കിൽ ഓപ്പൺ സർക്യൂട്ടുകൾ, മറ്റ് പ്രശ്നങ്ങൾ എന്നിവയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, ഇത് നേരിട്ട് ചിപ്പ് പ്രവർത്തനങ്ങളുടെ പരാജയത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. ഗ്രാനൈറ്റ് അടിത്തറയുടെ താപ വികാസ ഗുണകം 0.01μm/°C (അതായത്, (1-2) ×10⁻⁶/℃) വരെ കുറവാണ്, അതേ താപനില മാറ്റത്തിൽ ലോഹത്തിന്റെ രൂപഭേദം 1/10-1/5 മാത്രമാണ്. ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി മെഷീനിനായി സ്ഥിരതയുള്ള ഒരു ലോഡ്-ബെയറിംഗ് പ്ലാറ്റ്‌ഫോം നൽകാൻ ഇതിന് കഴിയും, ഇത് ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി പാറ്റേണിന്റെ കൃത്യമായ കൈമാറ്റം ഉറപ്പാക്കുകയും ചിപ്പ് നിർമ്മാണത്തിന്റെ വിളവ് ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.

കൊത്തുപണിയും നിക്ഷേപവും: ഘടനയുടെ അളവുകളുടെ കൃത്യതയെ ബാധിക്കുന്നു.
വേഫർ പ്രതലത്തിൽ ത്രിമാന സർക്യൂട്ട് ഘടനകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള പ്രധാന പ്രക്രിയകളാണ് എച്ചിംഗ്, ഡിപ്പോസിഷൻ. എച്ചിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ, റിയാക്ടീവ് വാതകം വേഫറിന്റെ ഉപരിതല വസ്തുക്കളുമായി ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിന് വിധേയമാകുന്നു. അതേസമയം, ഉപകരണത്തിനുള്ളിലെ RF പവർ സപ്ലൈ, ഗ്യാസ് ഫ്ലോ കൺട്രോൾ തുടങ്ങിയ ഘടകങ്ങൾ താപം സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് വേഫറിന്റെയും ഉപകരണ ഘടകങ്ങളുടെയും താപനില ഉയരാൻ കാരണമാകുന്നു. വേഫർ കാരിയർ അല്ലെങ്കിൽ ഉപകരണ അടിത്തറയുടെ താപ വികാസത്തിന്റെ ഗുണകം വേഫറിന്റേതുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നില്ലെങ്കിൽ (സിലിക്കൺ മെറ്റീരിയലിന്റെ താപ വികാസത്തിന്റെ ഗുണകം ഏകദേശം 2.6×10⁻⁶/℃ ആണ്), താപനില മാറുമ്പോൾ താപ സമ്മർദ്ദം സൃഷ്ടിക്കപ്പെടും, ഇത് വേഫറിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ചെറിയ വിള്ളലുകൾ അല്ലെങ്കിൽ വളച്ചൊടിക്കലിന് കാരണമാകും.
ഈ തരത്തിലുള്ള രൂപഭേദം എച്ചിംഗ് ആഴത്തെയും വശത്തെ ഭിത്തിയുടെ ലംബതയെയും ബാധിക്കും, ഇത് ദ്വാരങ്ങളിലൂടെയും മറ്റ് ഘടനകളിലൂടെയും കൊത്തിയെടുത്ത ഗ്രൂവുകളുടെ അളവുകൾ ഡിസൈൻ ആവശ്യകതകളിൽ നിന്ന് വ്യതിചലിക്കാൻ കാരണമാകും. അതുപോലെ, നേർത്ത ഫിലിം നിക്ഷേപ പ്രക്രിയയിൽ, താപ വികാസത്തിലെ വ്യത്യാസം നിക്ഷേപിച്ച നേർത്ത ഫിലിമിൽ ആന്തരിക സമ്മർദ്ദത്തിന് കാരണമായേക്കാം, ഇത് ഫിലിമിന്റെ വിള്ളൽ, അടർന്നുപോകൽ തുടങ്ങിയ പ്രശ്നങ്ങൾക്ക് കാരണമാകും, ഇത് ചിപ്പിന്റെ വൈദ്യുത പ്രകടനത്തെയും ദീർഘകാല വിശ്വാസ്യതയെയും ബാധിക്കുന്നു. സിലിക്കൺ വസ്തുക്കളുടേതിന് സമാനമായ താപ വികാസ ഗുണകമുള്ള ഗ്രാനൈറ്റ് ബേസുകളുടെ ഉപയോഗം ഫലപ്രദമായി താപ സമ്മർദ്ദം കുറയ്ക്കുകയും എച്ചിംഗ്, നിക്ഷേപ പ്രക്രിയകളുടെ സ്ഥിരതയും കൃത്യതയും ഉറപ്പാക്കുകയും ചെയ്യും.
പാക്കേജിംഗ് ഘട്ടം: താപ പൊരുത്തക്കേട് വിശ്വാസ്യത പ്രശ്നങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു.
സെമികണ്ടക്ടർ പാക്കേജിംഗ് ഘട്ടത്തിൽ, ചിപ്പിനും പാക്കേജിംഗ് മെറ്റീരിയലിനും ഇടയിലുള്ള താപ വികാസ ഗുണകങ്ങളുടെ (എപ്പോക്സി റെസിൻ, സെറാമിക്സ് മുതലായവ) അനുയോജ്യത വളരെ പ്രധാനമാണ്. ചിപ്പുകളുടെ പ്രധാന വസ്തുവായ സിലിക്കണിന്റെ താപ വികാസ ഗുണകം താരതമ്യേന കുറവാണ്, അതേസമയം മിക്ക പാക്കേജിംഗ് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും താപനില താരതമ്യേന കൂടുതലാണ്. ഉപയോഗ സമയത്ത് ചിപ്പിന്റെ താപനില മാറുമ്പോൾ, താപ വികാസ ഗുണകങ്ങളുടെ പൊരുത്തക്കേട് കാരണം ചിപ്പിനും പാക്കേജിംഗ് മെറ്റീരിയലിനും ഇടയിൽ താപ സമ്മർദ്ദം ഉണ്ടാകും.
ആവർത്തിച്ചുള്ള താപനില ചക്രങ്ങളുടെ (ചിപ്പിന്റെ പ്രവർത്തന സമയത്ത് ചൂടാക്കലും തണുപ്പിക്കലും പോലുള്ളവ) ഫലമായി ഉണ്ടാകുന്ന ഈ താപ സമ്മർദ്ദം, ചിപ്പിനും പാക്കേജിംഗ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിനും ഇടയിലുള്ള സോൾഡർ സന്ധികളിൽ ക്ഷീണം വിള്ളലുണ്ടാക്കാം, അല്ലെങ്കിൽ ചിപ്പ് ഉപരിതലത്തിലെ ബോണ്ടിംഗ് വയറുകൾ വീഴാൻ കാരണമാകും, ഇത് ഒടുവിൽ ചിപ്പിന്റെ വൈദ്യുത കണക്ഷന്റെ പരാജയത്തിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം. സിലിക്കൺ മെറ്റീരിയലുകളുടേതിന് അടുത്തുള്ള താപ വികാസ ഗുണകമുള്ള പാക്കേജിംഗ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നതിലൂടെയും പാക്കേജിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ കൃത്യത കണ്ടെത്തുന്നതിനായി മികച്ച താപ സ്ഥിരതയുള്ള ഗ്രാനൈറ്റ് ടെസ്റ്റ് പ്ലാറ്റ്‌ഫോമുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെയും, താപ പൊരുത്തക്കേടിന്റെ പ്രശ്നം ഫലപ്രദമായി കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും, പാക്കേജിംഗിന്റെ വിശ്വാസ്യത മെച്ചപ്പെടുത്താനും ചിപ്പിന്റെ സേവന ആയുസ്സ് വർദ്ധിപ്പിക്കാനും കഴിയും. ​
ഉൽപ്പാദന പരിസ്ഥിതി നിയന്ത്രണം: ഉപകരണങ്ങളുടെയും ഫാക്ടറി കെട്ടിടങ്ങളുടെയും ഏകോപിത സ്ഥിരത.
നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയെ നേരിട്ട് ബാധിക്കുന്നതിനൊപ്പം, താപ വികാസത്തിന്റെ ഗുണകം സെമികണ്ടക്ടർ ഫാക്ടറികളുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള പാരിസ്ഥിതിക നിയന്ത്രണവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. വലിയ സെമികണ്ടക്ടർ ഉൽ‌പാദന വർക്ക്‌ഷോപ്പുകളിൽ, എയർ കണ്ടീഷനിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങളുടെ ആരംഭവും നിർത്തലും, ഉപകരണ ക്ലസ്റ്ററുകളുടെ താപ വിസർജ്ജനം തുടങ്ങിയ ഘടകങ്ങൾ പരിസ്ഥിതി താപനിലയിൽ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾക്ക് കാരണമാകും. ഫാക്ടറി തറയുടെയും ഉപകരണ അടിത്തറകളുടെയും മറ്റ് അടിസ്ഥാന സൗകര്യങ്ങളുടെയും താപ വികാസത്തിന്റെ ഗുണകം വളരെ ഉയർന്നതാണെങ്കിൽ, ദീർഘകാല താപനില മാറ്റങ്ങൾ തറയിൽ വിള്ളൽ വീഴാനും ഉപകരണ അടിത്തറ മാറാനും കാരണമാകും, അതുവഴി ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി മെഷീനുകൾ, എച്ചിംഗ് മെഷീനുകൾ തുടങ്ങിയ കൃത്യതയുള്ള ഉപകരണങ്ങളുടെ കൃത്യതയെ ബാധിക്കും.
ഉപകരണ പിന്തുണയായി ഗ്രാനൈറ്റ് ബേസുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെയും കുറഞ്ഞ താപ വികാസ ഗുണകങ്ങളുള്ള ഫാക്ടറി നിർമ്മാണ സാമഗ്രികളുമായി അവയെ സംയോജിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെയും, ഒരു സ്ഥിരമായ ഉൽ‌പാദന അന്തരീക്ഷം സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് ഉപകരണ കാലിബ്രേഷന്റെ ആവൃത്തിയും പാരിസ്ഥിതിക താപ രൂപഭേദം മൂലമുണ്ടാകുന്ന പരിപാലന ചെലവുകളും കുറയ്ക്കുകയും അർദ്ധചാലക ഉൽ‌പാദന ലൈനിന്റെ ദീർഘകാല സ്ഥിരത ഉറപ്പാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
സെമികണ്ടക്ടർ നിർമ്മാണത്തിന്റെ മുഴുവൻ ജീവിത ചക്രത്തിലൂടെയും, മെറ്റീരിയൽ സെലക്ഷൻ, പ്രോസസ് കൺട്രോൾ, പാക്കേജിംഗ്, ടെസ്റ്റിംഗ് എന്നിവയിലൂടെ താപ വികാസ ഗുണകം പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഓരോ ലിങ്കിലും താപ വികാസത്തിന്റെ ആഘാതം കർശനമായി പരിഗണിക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഗ്രാനൈറ്റ് ബേസുകൾ, അവയുടെ വളരെ കുറഞ്ഞ താപ വികാസ ഗുണകവും മറ്റ് മികച്ച ഗുണങ്ങളും ഉപയോഗിച്ച്, സെമികണ്ടക്ടർ നിർമ്മാണത്തിന് സ്ഥിരതയുള്ള ഒരു ഭൗതിക അടിത്തറ നൽകുന്നു, കൂടാതെ ഉയർന്ന കൃത്യതയിലേക്ക് ചിപ്പ് നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകളുടെ വികസനം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്രധാന ഗ്യാരണ്ടിയായി മാറുന്നു.