Hoewel graniet een van de belangrijkste materialen is, worden hoge precisie en betrouwbaarheid in de halfgeleiderindustrie streng nageleefd. De eigenschappen ervan brengen echter ook bepaalde beperkingen met zich mee. Hieronder volgen de belangrijkste nadelen en uitdagingen in praktische toepassingen:
Ten eerste is het materiaal zeer bros en moeilijk te verwerken
Risico op scheurvorming: Graniet is in wezen een natuursteen met natuurlijke microscheuren en minerale deeltjesgrenzen, en het is een typisch bros materiaal. Bij ultraprecieze bewerkingen (zoals slijpen op nanoschaal en complexe bewerkingen van gebogen oppervlakken) kunnen problemen zoals afbrokkeling en voortplanting van microscheuren optreden als de kracht ongelijkmatig is of de bewerkingsparameters onjuist zijn, wat leidt tot beschadiging van het werkstuk.
Lage verwerkingsefficiëntie: Om brosse breuk te voorkomen, zijn speciale processen vereist, zoals slijpen op lage snelheid met diamantslijpschijven en magnetorheologisch polijsten. De verwerkingscyclus is 30% tot 50% langer dan die van metalen materialen en de investeringskosten voor de apparatuur zijn hoog (de prijs van een vijfassig bewerkingscentrum bedraagt bijvoorbeeld meer dan 10 miljoen yuan).
Beperkingen van complexe structuren: Het is moeilijk om holle, lichtgewicht constructies te produceren door middel van gieten, smeden en andere processen. Het wordt meestal gebruikt in eenvoudige geometrische vormen zoals platen en bodems, en de toepassing is beperkt in apparatuur die onregelmatige steunen of interne pijpleidingintegratie vereist.
Ten tweede leidt een hoge dichtheid tot een zware belasting van de apparatuur
Moeilijk te hanteren en te installeren: De dichtheid van graniet is ongeveer 2,6-3,0 g/cm³ en het gewicht is 1,5-2 keer zo hoog als dat van gietijzer bij hetzelfde volume. Zo kan het gewicht van een granieten voet voor een fotolithografiemachine oplopen tot 5 tot 10 ton. Hiervoor zijn speciale hefwerktuigen en schokbestendige funderingen nodig, wat de kosten van de fabrieksbouw en de inzet van apparatuur verhoogt.
Dynamische responsvertraging: Hoge traagheid beperkt de versnelling van bewegende onderdelen van de apparatuur (zoals wafertransportrobots). In scenario's waar snel starten en stoppen vereist is (zoals bij snelle inspectieapparatuur), kan dit het productieritme beïnvloeden en de efficiëntie verminderen.
In de derde plaats zijn de kosten van reparatie en herhaling hoog
Defecten zijn moeilijk te repareren: als er tijdens gebruik oppervlakteslijtage of botsingsschade optreedt, moet het product ter reparatie naar de fabriek worden teruggestuurd met professionele slijpapparatuur, die niet snel ter plaatse kan worden gerepareerd. Metalen componenten daarentegen kunnen direct worden gerepareerd met methoden zoals puntlassen en lasercladden, wat resulteert in kortere stilstandtijden.
De ontwerpiteratiecyclus is lang: de verschillen in natuurlijke granietaders kunnen lichte schommelingen in de materiaaleigenschappen (zoals thermische uitzettingscoëfficiënt en dempingsverhouding) van verschillende batches veroorzaken. Als het ontwerp van de apparatuur verandert, moeten de materiaaleigenschappen opnieuw worden afgestemd en is de R&D-verificatiecyclus relatief lang.
Iv. Beperkte hulpbronnen en milieuproblemen
Natuursteen is niet hernieuwbaar: hoogwaardig graniet (zoals "Jinan Green" en "Sesame Black", gebruikt in halfgeleiders) is afhankelijk van specifieke aders, heeft beperkte reserves en de winning ervan wordt beperkt door milieubeleid. Met de uitbreiding van de halfgeleiderindustrie kan er een risico bestaan op een onstabiele grondstofvoorziening.
Verontreinigingsproblemen bij de verwerking: Tijdens het slijpen en snijden komt veel granietstof (dat siliciumdioxide bevat) vrij. Bij onjuiste verwerking kan dit silicose veroorzaken. Bovendien moet het afvalwater vóór lozing worden gezuiverd door middel van sedimentatie, wat de investeringen in milieubescherming verhoogt.
Vijf. Onvoldoende compatibiliteit met opkomende processen
Beperkingen van de vacuümomgeving: Sommige halfgeleiderprocessen (zoals vacuümcoating en elektronenbundellithografie) vereisen het handhaven van een hoog vacuüm in de apparatuur. De microporiën op het granietoppervlak kunnen echter gasmoleculen adsorberen, die langzaam vrijkomen en de stabiliteit van de vacuümgraad beïnvloeden. Daarom is een aanvullende oppervlakteverdichtingsbehandeling (zoals harsimpregnatie) noodzakelijk.
Problemen met elektromagnetische compatibiliteit: Graniet is een isolatiemateriaal. In situaties waar statische elektriciteitsontlading of elektromagnetische afscherming vereist is (zoals bij elektrostatische adsorptieplatforms voor wafers), moeten metaalcoatings of geleidende films worden samengesteld, wat de structurele complexiteit en kosten verhoogt.
Reactiestrategie van de industrie
Ondanks de hierboven genoemde tekortkomingen heeft de halfgeleiderindustrie de tekortkomingen van graniet gedeeltelijk goedgemaakt door technologische innovatie:
Samengesteld structuurontwerp: Hierbij wordt gebruikgemaakt van de combinatie van "granieten basis + metalen frame", waarbij rekening is gehouden met zowel stijfheid als lichtgewicht (zo heeft een fabrikant van fotolithografiemachines een honingraatstructuur van aluminiumlegering in de granieten basis verwerkt, waardoor het gewicht met 40% is verminderd).
Kunstmatige synthetische alternatieve materialen: ontwikkel keramische matrixcomposieten (zoals siliciumcarbidekeramiek) en kunstmatig gesteente op basis van epoxyhars om de thermische stabiliteit en trillingsbestendigheid van graniet te simuleren en tegelijkertijd de flexibiliteit van de verwerking te vergroten.
Intelligente verwerkingstechnologie: door de introductie van AI-algoritmen om het verwerkingspad te optimaliseren, spanningssimulatie om scheurrisico's te voorspellen en de combinatie van online detectie om parameters in realtime aan te passen, is het afvalpercentage bij de verwerking teruggebracht van 5% naar minder dan 1%.
Samenvatting
De tekortkomingen van graniet in de halfgeleiderindustrie komen hoofdzakelijk voort uit het spel tussen de natuurlijke materiaaleigenschappen en de industriële eisen. Met de technologische vooruitgang en de ontwikkeling van alternatieve materialen kunnen de toepassingsscenario's geleidelijk krimpen tot "onvervangbare kernreferentiecomponenten" (zoals hydrostatische geleiderails voor fotolithografiemachines en ultraprecieze meetplatforms), terwijl ze geleidelijk plaatsmaken voor flexibelere technische materialen in niet-kritische structurele componenten. In de toekomst zal de industrie zich blijven verdiepen in de balans tussen prestaties, kosten en duurzaamheid.
Geplaatst op: 24 mei 2025