В области производства полупроводников точность оборудования для проверки пластин напрямую определяет качество и выход чипов. Как основа, поддерживающая основные компоненты обнаружения, размерная стабильность базового материала оборудования играет решающую роль в долгосрочных эксплуатационных характеристиках оборудования. Гранит и чугун являются двумя обычно используемыми базовыми материалами для оборудования для проверки пластин. 10-летнее сравнительное исследование выявило существенные различия между ними с точки зрения размерной стабильности, что дает важные рекомендации для выбора оборудования.
Экспериментальный фон и дизайн
Процесс производства полупроводниковых пластин предъявляет чрезвычайно высокие требования к точности обнаружения. Даже отклонение размеров на уровне микрометра может привести к снижению производительности чипа или даже к его поломке. Чтобы исследовать размерную стабильность гранита и чугуна при длительном использовании, исследовательская группа разработала эксперименты, имитирующие реальные рабочие среды. Образцы гранита и чугуна одинаковой спецификации были отобраны и помещены в климатическую камеру, где температура колебалась от 15℃ до 35℃, а влажность колебалась от 30% до 70% относительной влажности. Механическая вибрация во время работы оборудования моделировалась с помощью вибростенда. Основные размеры образцов измерялись каждый квартал с помощью высокоточного лазерного интерферометра, и данные непрерывно регистрировались в течение 10 лет.
Результат эксперимента: Абсолютное преимущество гранита
Десять лет экспериментальных данных показывают, что гранитная подложка демонстрирует поразительную стабильность. Ее коэффициент теплового расширения чрезвычайно низок, в среднем всего 4,6×10⁻⁶/℃. При резких изменениях температуры отклонение размеров всегда контролируется в пределах ±0,001 мм. При изменении влажности плотная структура гранита делает его практически не подверженным влиянию, и не происходит никаких измеримых изменений размеров. В условиях механической вибрации превосходные демпфирующие характеристики гранита эффективно поглощают энергию вибрации, а размерные колебания чрезвычайно малы.
Напротив, для чугунной подложки ее средний коэффициент теплового расширения достигает 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃, а максимальное отклонение размеров, вызванное изменением температуры в течение 10 лет, составляет ±0,05 мм. Во влажной среде чугун склонен к ржавчине и коррозии. Некоторые образцы показывают локальную деформацию, и отклонение размеров еще больше увеличивается. Под действием механической вибрации чугун имеет плохие характеристики гашения вибрации, и его размер часто колеблется, что затрудняет выполнение высокоточных требований проверки пластин.
Основная причина разницы в стабильности
Гранит формировался в течение сотен миллионов лет в ходе геологических процессов. Его внутренняя структура плотная и однородная, а минеральные кристаллы расположены стабильно, что исключает внутреннее напряжение по своей природе. Это делает его крайне нечувствительным к изменениям внешних факторов, таких как температура, влажность и вибрация. Чугун изготавливается методом литья и имеет микроскопические дефекты, такие как поры и песчаные раковины внутри. Между тем, остаточное напряжение, возникающее в процессе литья, склонно вызывать размерные изменения под воздействием внешней среды. Металлические свойства чугуна делают его склонным к ржавлению из-за влажности, ускоряя структурные повреждения и снижая размерную стабильность.
Влияние на оборудование для контроля пластин
Оборудование для контроля пластин на основе гранитной подложки, с его стабильными размерными характеристиками, может гарантировать, что система контроля будет поддерживать высокую точность в течение длительного времени, уменьшить ошибки и пропуски обнаружения, вызванные дрейфом точности оборудования, и значительно повысить выход продукции. Между тем, низкие требования к техническому обслуживанию снижают полную стоимость жизненного цикла оборудования. Оборудование, использующее подложки из чугуна, из-за плохой размерной стабильности требует частой калибровки и обслуживания. Это не только увеличивает эксплуатационные расходы, но и может повлиять на качество производства полупроводников из-за недостаточной точности, что приводит к потенциальным экономическим потерям.
Учитывая тенденцию к повышению точности и качества в полупроводниковой промышленности, выбор гранита в качестве основного материала для оборудования для контроля пластин, несомненно, является мудрым шагом для обеспечения производительности оборудования и повышения конкурентоспособности предприятий.
Время публикации: 14 мая 2025 г.