У галузі виробництва напівпровідників точність обладнання для перевірки пластин безпосередньо визначає якість та вихід мікросхем. Як основа, що підтримує компоненти для виявлення серцевини, розмірна стабільність матеріалу основи обладнання відіграє вирішальну роль у довгостроковій експлуатаційній продуктивності обладнання. Граніт та чавун – два поширені базові матеріали для обладнання для перевірки пластин. 10-річне порівняльне дослідження виявило суттєві відмінності між ними з точки зору розмірної стабільності, що забезпечує важливі орієнтири для вибору обладнання.
Експериментальний фон та дизайн
Процес виробництва напівпровідникових пластин має надзвичайно високі вимоги до точності виявлення. Навіть відхилення розмірів на мікрометр може призвести до зниження продуктивності чіпа або навіть до браку. Щоб дослідити стабільність розмірів граніту та чавуну під час тривалого використання, дослідницька група розробила експерименти, що імітували реальні робочі умови. Зразки граніту та чавуну однакової специфікації були відібрані та поміщені в кліматичну камеру, де температура коливалася від 15℃ до 35℃, а вологість – від 30% до 70% відносної вологості. Механічна вібрація під час роботи обладнання була імітована за допомогою вібраційного столу. Ключові розміри зразків вимірювалися щоквартально за допомогою високоточного лазерного інтерферометра, і дані безперервно записувалися протягом 10 років.
Експериментальний результат: Абсолютна перевага граніту
Десять років експериментальних даних показують, що гранітна підкладка демонструє вражаючу стабільність. Її коефіцієнт теплового розширення надзвичайно низький, в середньому лише 4,6×10⁻⁶/℃. За різких перепадів температури відхилення розмірів завжди контролюється в межах ±0,001 мм. За умови змін вологості щільна структура граніту майже не змінюється, і жодних вимірюваних змін розмірів не відбувається. У середовищі механічної вібрації чудові характеристики демпфування граніту ефективно поглинають енергію вібрації, а коливання розмірів надзвичайно малі.
Натомість, для чавунної підкладки середній коефіцієнт теплового розширення сягає 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃, а максимальне відхилення розмірів, спричинене змінами температури протягом 10 років, становить ±0,05 мм. У вологому середовищі чавун схильний до іржі та корозії. Деякі зразки демонструють локальну деформацію, і відхилення розмірів ще більше збільшується. Під дією механічної вібрації чавун має погані характеристики гасіння вібрацій, а його розмір часто коливається, що ускладнює виконання вимог до високої точності контролю пластин.
Основна причина різниці в стабільності
Граніт формувався протягом сотень мільйонів років завдяки геологічним процесам. Його внутрішня структура щільна та однорідна, а мінеральні кристали розташовані стабільно, що усуває внутрішні напруги за своєю природою. Це робить його надзвичайно нечутливим до змін зовнішніх факторів, таких як температура, вологість та вібрація. Чавун виготовляється методом лиття та має мікроскопічні дефекти, такі як пори та піщані отвори всередині. Тим часом залишкові напруги, що утворюються під час процесу лиття, схильні викликати зміни розмірів під впливом зовнішнього середовища. Металеві властивості чавуну роблять його схильним до іржі через вологість, прискорюючи структурні пошкодження та знижуючи стабільність розмірів.
Вплив на обладнання для перевірки пластин
Обладнання для контролю пластин на основі гранітної підкладки, завдяки стабільним розмірним характеристикам, може забезпечити високу точність системи контролю протягом тривалого часу, зменшити кількість помилок у оцінці та пропущених виявлень, спричинених дрейфом точності обладнання, а також значно підвищити вихід продукції. Водночас низькі вимоги до технічного обслуговування знижують повну вартість життєвого циклу обладнання. Обладнання, що використовує чавунні підкладки, через низьку розмірну стабільність потребує частого калібрування та обслуговування. Це не тільки збільшує експлуатаційні витрати, але й може вплинути на якість виробництва напівпровідників через недостатню точність, що призводить до потенційних економічних втрат.
З огляду на тенденцію прагнення напівпровідникової промисловості до вищої точності та якості, вибір граніту як основного матеріалу для обладнання для перевірки пластин, безсумнівно, є мудрим кроком для забезпечення продуктивності обладнання та підвищення конкурентоспроможності підприємств.
Час публікації: 14 травня 2025 р.