In de "superfabriek" van de chipfabricage bevat elke wafer, ter grootte van een vingernagel, nauwkeurige circuits. De sleutel tot het nauwkeurig vormen van deze circuits ligt verborgen in een ogenschijnlijk onopvallende steen: graniet. Vandaag bespreken we het "geheime wapen" van graniet – het dempende vermogen – en hoe het de "beschermengel" wordt van apparatuur voor het scannen van wafers.
Wat is demping? Kunnen stenen ook "trillingen absorberen"?
Demping klinkt erg professioneel, maar in feite is het principe heel eenvoudig. Stel je voor dat je plotseling stopt tijdens het hardlopen. Zonder demping schiet je lichaam door de traagheid naar voren. Demping is als een onzichtbare hand die je helpt om snel te "remmen". De interne structuur van graniet bestaat uit verweven minerale kristallen zoals kwarts en veldspaat, met talloze kleine spleetjes en wrijvingspunten tussen deze kristallen. Wanneer externe trillingen op het graniet worden overgebracht, beginnen deze spleetjes en wrijvingspunten te "werken". Ze zetten de energie van de trillingen om in warmte-energie en voeren deze geleidelijk af, waardoor de trillingen snel stoppen. Dit is vergelijkbaar met het installeren van een "super schokdemper" op een apparaat, waardoor het niet meer "trilt".
Waferscanning: Een kleine fout kan tot een grote vergissing leiden.
Waferscanapparaten zijn als precisiecamera's die "foto's maken" van wafers, waarbij ze circuitpatronen op nanoschaal detecteren en tekenen. Tijdens de werking van de apparatuur genereren de rotatie van de motor en de beweging van de mechanische componenten echter hoogfrequente trillingen. Als deze trillingen niet worden gecontroleerd, zal de scanlens "onscherp" worden, net als een instabiele camera, wat resulteert in onnauwkeurige detectiegegevens en zelfs het volledig afkeuren van de wafer.
Wanneer een metalen basis aan trillingen wordt blootgesteld, "botst deze vaak hard tegen hard", waarbij de trillingen heen en weer kaatsen in het metaal en de trillingen steeds heviger worden. Graniet, met zijn uitstekende dempende eigenschappen, kan meer dan 80% van de trillingsenergie absorberen. Een praktijkvoorbeeld uit een halfgeleiderfabriek laat zien dat vóór de vervanging van de granieten basis de randen van de waferbeelden die door de scanapparatuur werden gemaakt, wazig waren, met een afwijking van maar liefst ±3 μm. Na de overstap naar een granieten basis verbeterde de beeldkwaliteit aanzienlijk, daalde de afwijking tot ±0,5 μm en steeg het rendement van 82% naar 96%!
Resonantiecrisis: Hoe neutraliseert graniet het gevaar?
Naast de trillingen van de apparatuur zelf, kunnen ook kleine trillingen uit de omgeving (zoals het geluid van machines in de aangrenzende ruimte of de voetstappen van werknemers) grote problemen veroorzaken. Wanneer de frequentie van de externe trillingen overeenkomt met de frequentie van de apparatuur zelf, treedt resonantie op, net zoals bij het schudden van gelei: hoe groter de amplitude, hoe meer het schudt. De dempende eigenschappen van graniet zijn vergelijkbaar met het plaatsen van "geluidsdichte oordopjes" op de apparatuur, waardoor het resonantiefrequentiebereik van de apparatuur wordt vergroot en de kans kleiner wordt dat deze synchroon loopt met de buitenwereld. Uit gegevens blijkt dat na het gebruik van een granieten basis het risico op resonantie van de apparatuur met 95% is verminderd en de stabiliteit met een factor drie is verbeterd!
De verlichting van "demping" in het leven
Het dempingsprincipe is in feite ook heel gewoon in het dagelijks leven. De schokdempers van een auto zorgen ervoor dat we soepel over hobbelige wegen kunnen rijden, en de ruisonderdrukking van een koptelefoon blokkeert omgevingsgeluid. Al deze dingen bereiken stabiliteit door "energie te absorberen". Graniet heeft deze eigenschap tot het uiterste doorgevoerd en is een onmisbaar sleutelmateriaal geworden in de chipfabricage.
De volgende keer dat je graniet ziet, beschouw het dan niet zomaar als een gewone steen! In de geavanceerde wereld van de halfgeleiderproductie zijn het juist deze ogenschijnlijk gewone materialen die, met hun unieke 'superkrachten', de technologie voortdurend vooruitstuwen.
Geplaatst op: 17 juni 2025