In de halfgeleiderindustrie bepaalt de nauwkeurigheid van waferinspectieapparatuur direct de kwaliteit en opbrengst van chips. De dimensionale stabiliteit van het basismateriaal van de apparatuur, dat de essentiële detectiecomponenten ondersteunt, speelt een cruciale rol in de langdurige operationele prestaties. Graniet en gietijzer zijn twee veelgebruikte basismaterialen voor waferinspectieapparatuur. Een vergelijkend onderzoek van 10 jaar heeft significante verschillen tussen beide materialen aangetoond wat betreft dimensionale stabiliteit, wat belangrijke informatie oplevert voor de materiaalkeuze.
Experimentele achtergrond en ontwerp
Het productieproces van halfgeleiderwafers stelt extreem hoge eisen aan de nauwkeurigheid van de metingen. Zelfs een dimensionale afwijking van een micrometer kan leiden tot een afname van de chip-prestaties of zelfs tot afkeuring. Om de dimensionale stabiliteit van graniet en gietijzer bij langdurig gebruik te onderzoeken, ontwierp het onderzoeksteam experimenten die realistische werkomgevingen simuleerden. Graniet- en gietijzermonsters van dezelfde specificaties werden geselecteerd en in een klimaatkamer geplaatst waar de temperatuur schommelde tussen 15℃ en 35℃ en de luchtvochtigheid tussen 30% en 70% RH. 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 aan 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 materiaal vrijwel ongevoelig is voor veranderingen in luchtvochtigheid, waardoor er geen meetbare maatafwijkingen optreden. In een omgeving met mechanische trillingen absorbeert graniet dankzij de uitstekende dempende eigenschappen effectief trillingsenergie, waardoor de maatafwijking zeer klein is.
Daarentegen bedraagt de gemiddelde thermische uitzettingscoëfficiënt van gietijzer 11 × 10⁻⁶/℃ - 13 × 10⁻⁶/℃, en de maximale maatafwijking als gevolg van temperatuurschommelingen binnen 10 jaar is ±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 afmeting frequent, waardoor het moeilijk is om te voldoen aan de hoge precisie-eisen van waferinspectie.
De belangrijkste reden voor het verschil in stabiliteit
Graniet is in de loop van 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 gieten en bevat microscopische defecten zoals poriën en zandgaten. Bovendien kan de restspanning die tijdens het gietproces ontstaat, onder invloed van de externe omgeving dimensionale veranderingen veroorzaken. De metaalachtige eigenschappen van gietijzer maken het gevoelig voor roestvorming door vochtigheid, wat structurele schade versnelt en de dimensionale stabiliteit vermindert.
De impact op waferinspectieapparatuur
Waferinspectieapparatuur op basis van een granieten substraat, met zijn stabiele dimensionale prestaties, kan ervoor zorgen dat het inspectiesysteem gedurende lange tijd een hoge precisie behoudt, foutieve beoordelingen en gemiste detecties als gevolg van nauwkeurigheidsafwijkingen van de apparatuur vermindert en de productopbrengst aanzienlijk verbetert. Tegelijkertijd verlagen de lage onderhoudsvereisten de totale levenscycluskosten van de apparatuur. Apparatuur die gebruikmaakt van gietijzeren substraten, vereist vanwege de geringe dimensionale stabiliteit frequente kalibratie en onderhoud. Dit verhoogt niet alleen de operationele kosten, maar kan ook de kwaliteit van de halfgeleiderproductie beïnvloeden door onvoldoende precisie, wat kan leiden tot potentiële economische verliezen.
Gezien de trend in de halfgeleiderindustrie om steeds hogere precisie en betere kwaliteit te bereiken, is de keuze voor graniet als basismateriaal voor waferinspectieapparatuur ongetwijfeld een verstandige zet om de prestaties van de apparatuur te waarborgen en het concurrentievermogen van bedrijven te versterken.
Geplaatst op: 14 mei 2025