В условиях перехода полупроводниковой промышленности к наномасштабным производственным процессам резка пластин, являясь ключевым звеном в производстве микросхем, предъявляет чрезвычайно высокие требования к стабильности оборудования. Гранитное основание, обладающее исключительной вибростойкостью и термостойкостью, стало ключевым компонентом оборудования для резки пластин, обеспечивая надежную гарантию достижения высокой точности и производительности обработки пластин.
Высокие демпфирующие и антивибрационные характеристики: обеспечение точности резки на наноуровне
При работе оборудования для резки пластин высокая скорость вращения шпинделя, высокочастотная вибрация режущего инструмента и вибрация окружающей среды, создаваемая окружающим оборудованием, оказывают значительное влияние на точность резки. Демпфирующие свойства традиционных металлических оснований ограничены, что затрудняет быстрое гашение вибраций, что приводит к микронному дрожанию режущего инструмента и непосредственно вызывает такие дефекты, как сколы кромок и трещины на пластинах. Высокие демпфирующие характеристики гранитного основания кардинально решили эту проблему.
Внутренние минеральные кристаллы гранита тесно переплетены, образуя естественную структуру рассеивания энергии. При передаче вибрации на основание, его внутренняя микроструктура может быстро преобразовывать энергию вибрации в тепловую, обеспечивая эффективное затухание вибрации. Экспериментальные данные показывают, что в тех же условиях вибрации гранитное основание может затухать амплитуду вибрации более чем на 90% в течение 0,5 секунды, в то время как металлическому основанию требуется от 3 до 5 секунд. Эти выдающиеся демпфирующие свойства обеспечивают стабильность режущего инструмента во время процесса резки в наномасштабе, гарантируя гладкую кромку реза пластины и эффективно снижая скорость сколов. Например, при резке пластин толщиной 5 нм оборудование с гранитным основанием позволяет контролировать размер сколов в пределах 10 мкм, что более чем на 40% выше, чем у оборудования с металлическим основанием.
Сверхнизкий коэффициент теплового расширения: устойчив к влиянию температурных колебаний.
В процессе резки пластин тепло, выделяемое при трении режущих инструментов, рассеивание тепла при длительной работе оборудования и изменения температуры в цехе могут привести к термической деформации компонентов оборудования. Коэффициент теплового расширения металлических материалов относительно высок (приблизительно 12×10⁻⁶/℃). При изменении температуры на 5℃ металлическое основание длиной 1 м может деформироваться на 60 мкм, что приводит к смещению положения реза и серьёзно влияет на точность резки.
Коэффициент теплового расширения гранитного основания составляет всего (4-8) × 10⁻⁶/℃, что составляет менее одной трети от коэффициента теплового расширения металлических материалов. При таком же изменении температуры изменение его размеров можно практически игнорировать. Данные измерений, проведенных на одном из предприятий по производству полупроводников, показывают, что при 8-часовой непрерывной высокоинтенсивной резке пластин при колебаниях температуры окружающей среды на 10℃ смещение позиции реза оборудования с гранитным основанием составляет менее 20 мкм, в то время как оборудования с металлическим основанием превышает 60 мкм. Эти стабильные тепловые характеристики гарантируют постоянную точность относительного положения режущего инструмента и пластины. Даже при длительной непрерывной работе или резких перепадах температуры окружающей среды сохраняется стабильность точности резки.
Жесткость и износостойкость: обеспечивают долгосрочную стабильную работу оборудования.
Помимо виброустойчивости и термостойкости, высокая жёсткость и износостойкость гранитного основания дополнительно повышают надёжность оборудования для резки пластин. Гранит имеет твёрдость 6-7 по шкале Мооса и прочность на сжатие более 120 МПа. Он выдерживает огромное давление и ударную нагрузку во время резки, не склонен к деформации. Плотная структура обеспечивает отличную износостойкость. Даже при частой резке поверхность основания не подвержена износу, что обеспечивает высокую точность работы оборудования в течение длительного времени.
На практике многие предприятия по производству пластин значительно повысили выход готовой продукции и эффективность производства, внедрив режущее оборудование с гранитным основанием. Данные ведущего мирового литейного завода показывают, что после внедрения оборудования с гранитным основанием выход готовой продукции при резке пластин увеличился с 88% до более чем 95%, а интервал технического обслуживания оборудования увеличился в три раза, что существенно снизило производственные затраты и повысило конкурентоспособность на рынке.
В заключение следует отметить, что гранитное основание, обладая превосходной вибростойкостью, термостойкостью, высокой жёсткостью и износостойкостью, обеспечивает комплексные гарантии производительности оборудования для резки пластин. По мере развития полупроводниковых технологий в сторону повышения точности гранитные основания будут играть всё более важную роль в производстве пластин, способствуя непрерывному инновационному развитию полупроводниковой промышленности.
Время публикации: 20 мая 2025 г.