Στον τομέα της κατασκευής ημιαγωγών, η ακρίβεια του εξοπλισμού επιθεώρησης πλακιδίων καθορίζει άμεσα την ποιότητα και την απόδοση των τσιπ. Ως η βάση που υποστηρίζει τα βασικά εξαρτήματα ανίχνευσης, η διαστατική σταθερότητα του υλικού βάσης του εξοπλισμού παίζει κρίσιμο ρόλο στη μακροπρόθεσμη λειτουργική απόδοση του εξοπλισμού. Ο γρανίτης και ο χυτοσίδηρος είναι δύο βασικά υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως για τον εξοπλισμό επιθεώρησης πλακιδίων. Μια 10ετής συγκριτική μελέτη αποκάλυψε τις σημαντικές διαφορές μεταξύ τους όσον αφορά τη διαστατική σταθερότητα, παρέχοντας σημαντικές αναφορές για την επιλογή εξοπλισμού.
Πειραματικό υπόβαθρο και σχεδιασμός
Η διαδικασία παραγωγής ημιαγωγικών πλακιδίων έχει εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για ακρίβεια ανίχνευσης. Ακόμη και μια απόκλιση διαστάσεων σε επίπεδο μικρομέτρου μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της απόδοσης του τσιπ ή ακόμα και σε διάλυση. Για να διερευνηθεί η διαστατική σταθερότητα του γρανίτη και του χυτοσιδήρου κατά τη μακροχρόνια χρήση, η ερευνητική ομάδα σχεδίασε πειράματα που προσομοίωναν πραγματικά περιβάλλοντα εργασίας. Δείγματα γρανίτη και χυτοσιδήρου με τις ίδιες προδιαγραφές επιλέχθηκαν και τοποθετήθηκαν σε έναν περιβαλλοντικό θάλαμο όπου η θερμοκρασία κυμαινόταν από 15℃ έως 35℃ και η υγρασία κυμαινόταν από 30% έως 70% σχετική υγρασία. Η μηχανική δόνηση κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού προσομοιώθηκε μέσω ενός πίνακα δονήσεων. Οι βασικές διαστάσεις των δειγμάτων μετρήθηκαν κάθε τρίμηνο χρησιμοποιώντας ένα συμβολόμετρο λέιζερ υψηλής ακρίβειας και τα δεδομένα καταγράφηκαν συνεχώς για 10 χρόνια.
Πειραματικό αποτέλεσμα: Το απόλυτο πλεονέκτημα του γρανίτη
Δέκα χρόνια πειραματικών δεδομένων δείχνουν ότι το υπόστρωμα γρανίτη παρουσιάζει εκπληκτική σταθερότητα. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής του είναι εξαιρετικά χαμηλός, με μέσο όρο μόνο 4,6×10⁻⁶/℃. Υπό δραστικές αλλαγές θερμοκρασίας, η διαστατική απόκλιση ελέγχεται πάντα εντός ±0,001 mm. Ενόψει των αλλαγών στην υγρασία, η πυκνή δομή του γρανίτη τον καθιστά σχεδόν ανεπηρέαστο και δεν εμφανίζονται μετρήσιμες διαστατικές αλλαγές. Σε ένα περιβάλλον μηχανικών κραδασμών, τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά απόσβεσης του γρανίτη απορροφούν αποτελεσματικά την ενέργεια των κραδασμών και η διαστατική διακύμανση είναι εξαιρετικά μικρή.
Αντίθετα, για το υπόστρωμα από χυτοσίδηρο, ο μέσος συντελεστής θερμικής διαστολής φτάνει τα 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃, και η μέγιστη διαστασιακή απόκλιση που προκαλείται από αλλαγές θερμοκρασίας εντός 10 ετών είναι ±0,05 mm. Σε υγρό περιβάλλον, ο χυτοσίδηρος είναι επιρρεπής σε σκουριά και διάβρωση. Ορισμένα δείγματα εμφανίζουν τοπική παραμόρφωση και η διαστασιακή απόκλιση αυξάνεται περαιτέρω. Υπό την επίδραση μηχανικών κραδασμών, ο χυτοσίδηρος έχει κακή απόδοση απόσβεσης κραδασμών και το μέγεθός του κυμαίνεται συχνά, καθιστώντας δύσκολη την ικανοποίηση των απαιτήσεων υψηλής ακρίβειας της επιθεώρησης πλακιδίων.
Ο βασικός λόγος για τη διαφορά στη σταθερότητα
Ο γρανίτης σχηματίστηκε κατά τη διάρκεια εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών μέσω γεωλογικών διεργασιών. Η εσωτερική του δομή είναι πυκνή και ομοιόμορφη, και οι ορυκτοί κρύσταλλοι είναι σταθερά διατεταγμένοι, εξαλείφοντας την εσωτερική τάση από τη φύση του. Αυτό τον καθιστά εξαιρετικά ευαίσθητο στις αλλαγές εξωτερικών παραγόντων όπως η θερμοκρασία, η υγρασία και οι κραδασμοί. Ο χυτοσίδηρος κατασκευάζεται με τη διαδικασία χύτευσης και έχει μικροσκοπικά ελαττώματα όπως πόρους και τρύπες άμμου στο εσωτερικό του. Εν τω μεταξύ, η υπολειμματική τάση που δημιουργείται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας χύτευσης είναι επιρρεπής σε αλλαγές διαστάσεων υπό την επίδραση του εξωτερικού περιβάλλοντος. Οι μεταλλικές ιδιότητες του χυτοσιδήρου τον καθιστούν επιρρεπή σε σκουριά λόγω υγρασίας, επιταχύνοντας τις δομικές ζημιές και μειώνοντας τη σταθερότητα διαστάσεων.
Ο αντίκτυπος στον εξοπλισμό επιθεώρησης πλακιδίων
Ο εξοπλισμός επιθεώρησης πλακιδίων (wafer) που βασίζεται σε υπόστρωμα γρανίτη, με τη σταθερή διαστατική του απόδοση, μπορεί να διασφαλίσει ότι το σύστημα επιθεώρησης διατηρεί υψηλή ακρίβεια για μεγάλο χρονικό διάστημα, να μειώσει τις λανθασμένες εκτιμήσεις και την αστοχία ανίχνευσης που προκαλούνται από την απόκλιση ακρίβειας του εξοπλισμού και να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση του προϊόντος. Εν τω μεταξύ, οι χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης μειώνουν το κόστος ολόκληρου του κύκλου ζωής του εξοπλισμού. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιεί υποστρώματα από χυτοσίδηρο, λόγω της κακής διαστατικής σταθερότητας, απαιτεί συχνή βαθμονόμηση και συντήρηση. Αυτό όχι μόνο αυξάνει το λειτουργικό κόστος, αλλά μπορεί επίσης να επηρεάσει την ποιότητα της παραγωγής ημιαγωγών λόγω ανεπαρκούς ακρίβειας, προκαλώντας πιθανές οικονομικές απώλειες.
Στο πλαίσιο της τάσης της βιομηχανίας ημιαγωγών για υψηλότερη ακρίβεια και καλύτερη ποιότητα, η επιλογή γρανίτη ως βασικού υλικού για τον εξοπλισμό επιθεώρησης πλακιδίων είναι αναμφίβολα μια σοφή κίνηση για να διασφαλιστεί η απόδοση του εξοπλισμού και να ενισχυθεί η ανταγωνιστικότητα των επιχειρήσεων.
Ώρα δημοσίευσης: 14 Μαΐου 2025