In de halfgeleiderindustrie bepaalt de nauwkeurigheid van waferinspectieapparatuur direct de kwaliteit en opbrengst van chips. Als basis voor de kerndetectiecomponenten speelt de maatvastheid van het basismateriaal een cruciale rol in de operationele prestaties van de apparatuur op de lange termijn. Graniet en gietijzer zijn twee veelgebruikte basismaterialen voor waferinspectieapparatuur. Een vergelijkend onderzoek van 10 jaar heeft de significante verschillen tussen beide materialen op het gebied van maatvastheid aan het licht gebracht, wat belangrijke referentiepunten biedt voor de selectie van apparatuur.
Experimentele achtergrond en ontwerp
Het productieproces van halfgeleiderwafers stelt extreem hoge eisen aan de detectienauwkeurigheid. Zelfs een maatafwijking van een micrometer kan leiden tot een afname van de chipprestaties of zelfs tot afdanking. Om de maatvastheid van graniet en gietijzer tijdens langdurig gebruik te onderzoeken, ontwierp het onderzoeksteam experimenten die echte werkomgevingen simuleerden. Graniet- en gietijzermonsters met dezelfde specificaties werden geselecteerd en in een klimaatkamer geplaatst waar de temperatuur schommelde tussen 15 en 35 °C en de luchtvochtigheid schommelde tussen 30 en 70% RV. De mechanische trillingen tijdens de werking van de apparatuur werden gesimuleerd met behulp van een triltafel. De belangrijkste afmetingen van de monsters werden elk kwartaal gemeten met een zeer nauwkeurige laserinterferometer en de gegevens werden gedurende 10 jaar continu geregistreerd.
Experimenteel resultaat: Het absolute voordeel van graniet
Tien jaar experimentele gegevens tonen aan dat het granieten substraat een verbazingwekkende stabiliteit vertoont. De thermische uitzettingscoëfficiënt is extreem laag, gemiddeld slechts 4,6 × 10⁻⁶/℃. Bij drastische temperatuurschommelingen blijft de maatafwijking altijd binnen ±0,001 mm. De dichte structuur van graniet zorgt ervoor dat het nauwelijks last heeft van vochtigheidsschommelingen en er geen meetbare maatveranderingen optreden. In een omgeving met mechanische trillingen absorberen de uitstekende dempingseigenschappen van graniet trillingsenergie effectief en zijn de maatschommelingen extreem klein.
Voor het gietijzeren substraat daarentegen bedraagt de gemiddelde thermische uitzettingscoëfficiënt 11 × 10⁻⁶/℃ - 13 × 10⁻⁶/℃, en bedraagt de maximale maatafwijking door temperatuurveranderingen binnen 10 jaar ± 0,05 mm. In een vochtige omgeving is gietijzer gevoelig voor roest en corrosie. Sommige monsters vertonen lokale vervorming, waardoor de maatafwijking verder toeneemt. Onder invloed van mechanische trillingen heeft gietijzer een slechte trillingsdemping en fluctueert de grootte vaak, waardoor het moeilijk is om te voldoen aan de hoge precisie-eisen van waferinspectie.
De essentiële reden voor het verschil in stabiliteit
Graniet is gedurende honderden miljoenen jaren gevormd door geologische processen. De interne structuur is dicht en uniform, en de minerale kristallen zijn stabiel gerangschikt, waardoor interne spanningen van nature worden geëlimineerd. Dit maakt het extreem ongevoelig voor veranderingen in externe factoren zoals temperatuur, vochtigheid en trillingen. Gietijzer wordt gemaakt door middel van een gietproces en heeft microscopisch kleine defecten zoals poriën en zandgaten. De restspanning die tijdens het gietproces ontstaat, kan echter maatveranderingen veroorzaken onder invloed van de externe omgeving. De metallische eigenschappen van gietijzer maken het gevoelig voor roestvorming door vochtigheid, wat structurele schade versnelt en de maatvastheid vermindert.
De impact op waferinspectieapparatuur
Waferinspectieapparatuur op basis van granietsubstraat, met zijn stabiele maatvoering, kan ervoor zorgen dat het inspectiesysteem langdurig een hoge precisie behoudt, verkeerde inschattingen en gemiste detecties als gevolg van afwijkingen in de nauwkeurigheid van de apparatuur verminderen en de productopbrengst aanzienlijk verbeteren. Tegelijkertijd verlagen de lage onderhoudsvereisten de volledige levenscycluskosten van de apparatuur. Apparatuur met gietijzeren substraten vereist vanwege de slechte maatvoeringstabiliteit frequente kalibratie en onderhoud. Dit verhoogt niet alleen de bedrijfskosten, maar kan ook de kwaliteit van de halfgeleiderproductie beïnvloeden vanwege onvoldoende precisie, wat kan leiden tot potentiële economische verliezen.
Gezien de trend dat de halfgeleiderindustrie streeft naar hogere precisie en betere kwaliteit, is het kiezen van graniet als basismateriaal voor waferinspectieapparatuur ongetwijfeld een verstandige zet om de prestaties van de apparatuur te waarborgen en de concurrentiekracht van ondernemingen te vergroten.
Geplaatst op: 14 mei 2025