No campo da fabricación de semicondutores, a precisión dos equipos de inspección de obleas determina directamente a calidade e o rendemento dos chips. Como base que sostén os compoñentes de detección do núcleo, a estabilidade dimensional do material base do equipo xoga un papel crucial no rendemento operativo a longo prazo do equipo. O granito e o ferro fundido son dous materiais base de uso común para os equipos de inspección de obleas. Un estudo comparativo de 10 anos revelou as diferenzas significativas entre eles en termos de estabilidade dimensional, o que proporciona referencias importantes para a selección do equipo.
Antecedentes e deseño experimentais
O proceso de produción de obleas de semicondutores ten uns requisitos extremadamente altos en canto á precisión de detección. Mesmo unha desviación dimensional a nivel de micrómetro pode levar a unha diminución do rendemento do chip ou mesmo ao seu desguace. Para explorar a estabilidade dimensional do granito e do ferro fundido durante o uso a longo prazo, o equipo de investigación deseñou experimentos que simulaban entornos de traballo reais. Seleccionáronse mostras de granito e ferro fundido da mesma especificación e colocáronse nunha cámara ambiental onde a temperatura flutuaba de 15 ℃ a 35 ℃ e a humidade flutuaba de 30 % a 70 % de HR. A vibración mecánica durante o funcionamento do equipo simulouse mediante unha táboa de vibracións. As dimensións clave das mostras medíronse trimestralmente cun interferómetro láser de alta precisión e os datos rexistráronse continuamente durante 10 anos.
Resultado experimental: A vantaxe absoluta do granito
Dez anos de datos experimentais amosan que o substrato de granito presenta unha estabilidade asombrosa. O seu coeficiente de expansión térmica é extremadamente baixo, cunha media de só 4,6 × 10⁻⁶/℃. En condicións de cambios drásticos de temperatura, a desviación dimensional sempre se controla dentro de ±0,001 mm. Ante os cambios de humidade, a densa estrutura do granito fai que sexa case inalterada e non se producen cambios dimensionais mensurábeis. Nun ambiente de vibracións mecánicas, as excelentes características de amortiguación do granito absorben eficazmente a enerxía das vibracións e a flutuación dimensional é extremadamente pequena.
Pola contra, para o substrato de ferro fundido, o seu coeficiente medio de expansión térmica alcanza 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃, e a desviación dimensional máxima causada polos cambios de temperatura en 10 anos é de ±0,05 mm. Nun ambiente húmido, o ferro fundido é propenso á ferruxe e á corrosión. Algunhas mostras mostran deformacións locais e a desviación dimensional aumenta aínda máis. Baixo a acción da vibración mecánica, o ferro fundido ten un rendemento deficiente de amortiguación de vibracións e o seu tamaño flutúa con frecuencia, o que dificulta o cumprimento dos requisitos de alta precisión da inspección de obleas.
A razón esencial da diferenza de estabilidade
O granito formouse ao longo de centos de millóns de anos a través de procesos xeolóxicos. A súa estrutura interna é densa e uniforme, e os cristais minerais están dispostos de forma estable, eliminando por natureza a tensión interna. Isto faino extremadamente insensible aos cambios en factores externos como a temperatura, a humidade e a vibración. O ferro fundido fabrícase mediante un proceso de fundición e ten defectos microscópicos como poros e buratos de area no seu interior. Mentres tanto, a tensión residual xerada durante o proceso de fundición é propensa a causar cambios dimensionais baixo a estimulación do ambiente externo. As propiedades metálicas do ferro fundido fano propenso á oxidación debido á humidade, acelerando os danos estruturais e reducindo a estabilidade dimensional.
O impacto nos equipos de inspección de obleas
Os equipos de inspección de obleas baseados en substratos de granito, co seu rendemento dimensional estable, poden garantir que o sistema de inspección manteña unha alta precisión durante moito tempo, reducir os erros de xuízo e a detección perdida causada pola desviación da precisión do equipo e mellorar significativamente o rendemento do produto. Mentres tanto, os baixos requisitos de mantemento reducen o custo do ciclo de vida completo do equipo. Os equipos que usan substratos de ferro fundido, debido á baixa estabilidade dimensional, requiren unha calibración e un mantemento frecuentes. Isto non só aumenta os custos operativos, senón que tamén pode afectar a calidade da produción de semicondutores debido á precisión insuficiente, causando posibles perdas económicas.
Baixo a tendencia da industria dos semicondutores a buscar unha maior precisión e unha mellor calidade, a elección do granito como material base para os equipos de inspección de obleas é sen dúbida unha decisión intelixente para garantir o rendemento dos equipos e mellorar a competitividade das empresas.
Data de publicación: 14 de maio de 2025