Inom halvledartillverkning avgör noggrannheten hos utrustning för waferinspektion direkt kvaliteten och utbytet hos chips. Som grunden för kärndetekteringskomponenterna spelar utrustningens dimensionsstabilitet en avgörande roll för utrustningens långsiktiga driftsprestanda. Granit och gjutjärn är två vanligt förekommande basmaterial för waferinspektionsutrustning. En 10-årig jämförande studie har avslöjat de betydande skillnaderna mellan dem när det gäller dimensionsstabilitet, vilket ger viktiga referenser för val av utrustning.
Experimentell bakgrund och design
Produktionsprocessen för halvledarskivor har extremt höga krav på detektionsnoggrannhet. Även en dimensionsavvikelse på mikrometernivå kan leda till en försämrad chipprestanda eller till och med kassation. För att undersöka dimensionsstabiliteten hos granit och gjutjärn under långvarig användning utformade forskargruppen experiment som simulerade verkliga arbetsmiljöer. Granit- och gjutjärnsprover med samma specifikation valdes ut och placerades i en miljökammare där temperaturen varierade från 15 ℃ till 35 ℃ och fuktigheten varierade från 30 % till 70 % RF. Den mekaniska vibrationen under utrustningens drift simulerades med hjälp av ett vibrationsbord. Provernas viktigaste dimensioner mättes varje kvartal med hjälp av en högprecisionslaserinterferometer, och data registrerades kontinuerligt i 10 år.
Experimentellt resultat: Den absoluta fördelen med granit
Tio års experimentella data visar att granitsubstratet uppvisar häpnadsväckande stabilitet. Dess värmeutvidgningskoefficient är extremt låg, i genomsnitt endast 4,6 × 10⁻⁶/℃. Vid drastiska temperaturförändringar kontrolleras dimensionsavvikelsen alltid inom ±0,001 mm. Vid fuktighetsförändringar gör granitens täta struktur den nästan opåverkad, och inga mätbara dimensionsförändringar sker. I en mekanisk vibrationsmiljö absorberar granitens utmärkta dämpningsegenskaper effektivt vibrationsenergi, och dimensionsfluktuationerna är extremt små.
Däremot når gjutjärnssubstratets genomsnittliga värmeutvidgningskoefficient 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃, och den maximala dimensionsavvikelsen orsakad av temperaturförändringar inom 10 år är ±0,05 mm. I en fuktig miljö är gjutjärn benäget för rost och korrosion. Vissa prover uppvisar lokal deformation, och dimensionsavvikelsen ökar ytterligare. Under inverkan av mekanisk vibration har gjutjärn dålig vibrationsdämpningsprestanda och dess storlek fluktuerar ofta, vilket gör det svårt att uppfylla de höga precisionskraven för waferinspektion.
Den viktigaste orsaken till skillnaden i stabilitet
Granit bildades under hundratals miljoner år genom geologiska processer. Dess inre struktur är tät och enhetlig, och mineralkristallerna är stabilt arrangerade, vilket eliminerar inre spänningar av naturen. Detta gör den extremt okänslig för förändringar i yttre faktorer som temperatur, fuktighet och vibrationer. Gjutjärn tillverkas genom gjutningsprocess och har mikroskopiska defekter som porer och sandhål inuti. Samtidigt är den kvarvarande spänningen som genereras under gjutningsprocessen benägen att orsaka dimensionsförändringar under stimulering av den yttre miljön. De metalliska egenskaperna hos gjutjärn gör det benäget att rosta på grund av fuktighet, vilket accelererar strukturella skador och minskar dimensionsstabiliteten.
Påverkan på waferinspektionsutrustning
Utrustning för waferinspektion baserad på granitsubstrat, med sin stabila dimensionsprestanda, kan säkerställa att inspektionssystemet bibehåller hög precision under lång tid, minska felbedömningar och missad detektering orsakad av avvikelser i utrustningens noggrannhet, och avsevärt förbättra produktutbytet. Samtidigt minskar de låga underhållskraven utrustningens totala livscykelkostnad. Utrustning som använder gjutjärnssubstrat kräver, på grund av dålig dimensionsstabilitet, frekvent kalibrering och underhåll. Detta ökar inte bara driftskostnaderna utan kan också påverka kvaliteten på halvledarproduktionen på grund av otillräcklig precision, vilket orsakar potentiella ekonomiska förluster.
I takt med att halvledarindustrin strävar efter högre precision och bättre kvalitet är det utan tvekan klokt att välja granit som basmaterial för waferinspektionsutrustning för att säkerställa utrustningens prestanda och förbättra företagens konkurrenskraft.
Publiceringstid: 14 maj 2025