Nel campo della produzione di semiconduttori, la precisione delle apparecchiature di ispezione dei wafer determina direttamente la qualità e la resa dei chip. Essendo la base su cui poggiano i componenti di rilevamento del core, la stabilità dimensionale del materiale di base dell'apparecchiatura gioca un ruolo cruciale per le prestazioni operative a lungo termine dell'apparecchiatura stessa. Granito e ghisa sono due materiali di base comunemente utilizzati per le apparecchiature di ispezione dei wafer. Uno studio comparativo decennale ha rivelato le significative differenze tra i due materiali in termini di stabilità dimensionale, fornendo importanti riferimenti per la selezione delle apparecchiature.
Contesto sperimentale e progettazione
Il processo di produzione di wafer semiconduttori richiede requisiti estremamente elevati in termini di precisione di rilevamento. Anche una deviazione dimensionale a livello micrometrico può comportare un calo delle prestazioni del chip o addirittura la sua rottamazione. Per esplorare la stabilità dimensionale di granito e ghisa durante l'uso a lungo termine, il team di ricerca ha progettato esperimenti che simulavano ambienti di lavoro reali. Campioni di granito e ghisa con le stesse specifiche sono stati selezionati e collocati in una camera climatica in cui la temperatura oscillava tra 15°C e 35°C e l'umidità tra il 30% e il 70% di umidità relativa. Le vibrazioni meccaniche durante il funzionamento dell'apparecchiatura sono state simulate tramite una tavola vibrante. Le dimensioni chiave dei campioni sono state misurate ogni trimestre utilizzando un interferometro laser ad alta precisione e i dati sono stati registrati ininterrottamente per 10 anni.
Risultato sperimentale: Il vantaggio assoluto del granito
Dieci anni di dati sperimentali dimostrano che il substrato di granito presenta una stabilità sorprendente. Il suo coefficiente di dilatazione termica è estremamente basso, con una media di soli 4,6×10⁻⁶/℃. In caso di drastiche variazioni di temperatura, la deviazione dimensionale è sempre controllata entro ±0,001 mm. In presenza di variazioni di umidità, la struttura densa del granito lo rende pressoché inalterato e non si verificano variazioni dimensionali misurabili. In un ambiente soggetto a vibrazioni meccaniche, le eccellenti caratteristiche di smorzamento del granito assorbono efficacemente l'energia delle vibrazioni e la fluttuazione dimensionale è estremamente ridotta.
Al contrario, per il substrato in ghisa, il suo coefficiente medio di dilatazione termica raggiunge 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃, e la deviazione dimensionale massima causata dalle variazioni di temperatura entro 10 anni è di ±0,05 mm. In un ambiente umido, la ghisa è soggetta a ruggine e corrosione. Alcuni campioni mostrano deformazioni locali e la deviazione dimensionale aumenta ulteriormente. Sotto l'azione delle vibrazioni meccaniche, la ghisa ha scarse prestazioni di smorzamento delle vibrazioni e le sue dimensioni fluttuano frequentemente, rendendo difficile soddisfare i requisiti di alta precisione dell'ispezione dei wafer.
La ragione essenziale della differenza di stabilità
Il granito si è formato nel corso di centinaia di milioni di anni attraverso processi geologici. La sua struttura interna è densa e uniforme, e i cristalli minerali sono disposti stabilmente, eliminando naturalmente le tensioni interne. Questo lo rende estremamente insensibile alle variazioni di fattori esterni come temperatura, umidità e vibrazioni. La ghisa viene prodotta tramite processo di fusione e presenta difetti microscopici come pori e fori di sabbia al suo interno. Allo stesso tempo, le tensioni residue generate durante il processo di fusione sono soggette a variazioni dimensionali sotto l'azione dell'ambiente esterno. Le proprietà metalliche della ghisa la rendono soggetta ad arrugginimento a causa dell'umidità, accelerando i danni strutturali e riducendo la stabilità dimensionale.
L'impatto sulle apparecchiature di ispezione dei wafer
Le apparecchiature di ispezione dei wafer basate su substrato di granito, grazie alle loro prestazioni dimensionali stabili, possono garantire che il sistema di ispezione mantenga un'elevata precisione per lungo tempo, riducendo errori di valutazione e mancati rilevamenti causati dalla deriva della precisione dell'apparecchiatura e migliorando significativamente la resa del prodotto. Allo stesso tempo, i bassi requisiti di manutenzione riducono il costo dell'intero ciclo di vita dell'apparecchiatura. Le apparecchiature che utilizzano substrati in ghisa, a causa della scarsa stabilità dimensionale, richiedono frequenti calibrazioni e manutenzioni. Ciò non solo aumenta i costi operativi, ma può anche influire sulla qualità della produzione di semiconduttori a causa di una precisione insufficiente, causando potenziali perdite economiche.
Nell'ambito della tendenza dell'industria dei semiconduttori a ricercare una maggiore precisione e una migliore qualità, la scelta del granito come materiale di base per le apparecchiature di ispezione dei wafer è senza dubbio una mossa saggia per garantire le prestazioni delle apparecchiature e migliorare la competitività delle imprese.
Data di pubblicazione: 14-05-2025