В процессе перехода полупроводниковой промышленности к нанотехнологиям резки кремниевых пластин, как ключевое звено в производстве микросхем, предъявляются чрезвычайно строгие требования к стабильности оборудования. Гранитное основание, обладающее выдающейся виброустойчивостью и термостойкостью, стало основным компонентом оборудования для резки пластин, обеспечивая надежную гарантию высокоточной и высокоэффективной обработки пластин.
Высокие демпфирующие и антивибрационные характеристики: обеспечение точности резки на наноуровне.
В процессе работы оборудования для резки кремниевых пластин высокоскоростное вращение шпинделя, высокочастотная вибрация режущего инструмента и вибрация окружающей среды, создаваемая оборудованием, оказывают существенное влияние на точность резки. Демпфирующие свойства традиционных металлических оснований ограничены, что затрудняет быстрое затухание вибраций, приводит к микроуровневой вибрации режущего инструмента и непосредственно вызывает дефекты, такие как сколы и трещины на пластинах. Высокие демпфирующие характеристики гранитных оснований коренным образом решили эту проблему.
Внутренние минеральные кристаллы гранита тесно переплетены, образуя естественную структуру рассеивания энергии. При передаче вибрации на основание его внутренняя микроструктура быстро преобразует энергию вибрации в тепловую, обеспечивая эффективное гашение вибрации. Экспериментальные данные показывают, что в одинаковых условиях вибрации гранитное основание может гасить амплитуду вибрации более чем на 90% за 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 наноразмерной резки, гарантируя гладкую кромку при резке пластины и эффективно снижая скорость образования сколов. Например, в процессе резки пластин толщиной 5 нм оборудование с гранитным основанием может контролировать размер сколов в пределах 10 мкм, что более чем на 40% выше, чем у оборудования с металлическим основанием.
Сверхнизкий коэффициент теплового расширения: устойчивость к воздействию колебаний температуры.
В процессе резки пластин тепло, выделяемое за счет трения режущих инструментов, теплоотвод от длительной эксплуатации оборудования и изменения температуры в цехе могут вызывать термическую деформацию компонентов оборудования. Коэффициент теплового расширения металлических материалов относительно высок (приблизительно 12×10⁻⁶/℃). При колебаниях температуры на 5℃ металлическая основа длиной 1 метр может деформироваться на 60 мкм, что приводит к смещению положения резки и серьезно влияет на точность резки.
Коэффициент теплового расширения гранитного основания составляет всего (4-8) ×10⁻⁶/℃, что менее одной трети от коэффициента теплового расширения металлических материалов. При одинаковом изменении температуры изменение его размеров практически незаметно. Измерения, проведенные на одном из предприятий по производству полупроводников, показывают, что во время 8-часовой непрерывной высокоинтенсивной операции резки пластин при колебаниях температуры окружающей среды на 10℃ смещение положения резки на оборудовании с гранитным основанием составляет менее 20 мкм, тогда как на оборудовании с металлическим основанием оно превышает 60 мкм. Такая стабильная тепловая производительность обеспечивает постоянное сохранение точного относительного положения режущего инструмента и пластины. Даже при длительной непрерывной работе или резких изменениях температуры окружающей среды сохраняется стабильность точности резки.
Жесткость и износостойкость: обеспечивают долговременную стабильную работу оборудования.
Помимо преимуществ виброустойчивости и термической стабильности, высокая жесткость и износостойкость гранитного основания дополнительно повышают надежность оборудования для резки пластин. Гранит имеет твердость от 6 до 7 по шкале Мооса и прочность на сжатие, превышающую 120 МПа. Он способен выдерживать огромное давление и ударную силу в процессе резки и не подвержен деформации. В то же время его плотная структура обеспечивает превосходную износостойкость. Даже при частых операциях резки поверхность основания не подвержена износу, что гарантирует длительную высокоточную работу оборудования.
На практике многие предприятия по производству полупроводниковых пластин значительно повысили выход годной продукции и эффективность производства, внедрив режущее оборудование с гранитными основаниями. Данные одного из ведущих мировых литейных заводов показывают, что после внедрения оборудования с гранитными основаниями выход годной продукции увеличился с 88% до более чем 95%, цикл технического обслуживания оборудования увеличился в три раза, что эффективно снизило производственные затраты и повысило конкурентоспособность на рынке.
В заключение, гранитное основание, благодаря своей превосходной виброустойчивости, термостойкости, высокой жесткости и износостойкости, обеспечивает всесторонние гарантии производительности для оборудования для резки полупроводниковых пластин. По мере развития полупроводниковых технологий в направлении повышения точности, гранитные основания будут играть все более важную роль в области производства полупроводниковых пластин, способствуя непрерывному инновационному развитию полупроводниковой промышленности.
Дата публикации: 20 мая 2025 г.