Trong lĩnh vực sản xuất bán dẫn, độ chính xác của thiết bị kiểm tra wafer quyết định trực tiếp đến chất lượng và năng suất chip. Là nền tảng hỗ trợ các thành phần phát hiện lõi, độ ổn định kích thước của vật liệu nền thiết bị đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất hoạt động lâu dài của thiết bị. Đá granit và gang là hai vật liệu nền thường được sử dụng cho thiết bị kiểm tra wafer. Một nghiên cứu so sánh kéo dài 10 năm đã chỉ ra sự khác biệt đáng kể giữa chúng về độ ổn định kích thước, cung cấp tài liệu tham khảo quan trọng cho việc lựa chọn thiết bị.
Bối cảnh và thiết kế thử nghiệm
Quy trình sản xuất wafer bán dẫn có yêu cầu cực kỳ cao về độ chính xác phát hiện. Ngay cả độ lệch kích thước ở mức micromet cũng có thể dẫn đến giảm hiệu suất chip hoặc thậm chí là hỏng chip. Để khám phá độ ổn định kích thước của đá granit và gang trong quá trình sử dụng lâu dài, nhóm nghiên cứu đã thiết kế các thí nghiệm mô phỏng môi trường làm việc thực tế. Các mẫu đá granit và gang có cùng thông số kỹ thuật đã được chọn và đặt trong buồng môi trường có nhiệt độ dao động từ 15℃ đến 35℃ và độ ẩm dao động từ 30% đến 70% RH. Rung động cơ học trong quá trình vận hành thiết bị được mô phỏng thông qua bàn rung. Các kích thước chính của mẫu được đo hàng quý bằng giao thoa kế laser có độ chính xác cao và dữ liệu được ghi lại liên tục trong 10 năm.
Kết quả thực nghiệm: Ưu điểm tuyệt đối của đá granit
Dữ liệu thực nghiệm trong mười năm cho thấy nền đá granit có độ ổn định đáng kinh ngạc. Hệ số giãn nở nhiệt của nó cực kỳ thấp, trung bình chỉ 4,6×10⁻⁶/℃. Trong điều kiện nhiệt độ thay đổi đột ngột, độ lệch kích thước luôn được kiểm soát trong phạm vi ±0,001mm. Khi độ ẩm thay đổi, cấu trúc đặc của đá granit gần như không bị ảnh hưởng, và không có sự thay đổi kích thước nào có thể đo lường được. Trong môi trường rung động cơ học, đặc tính giảm chấn tuyệt vời của đá granit giúp hấp thụ năng lượng rung động một cách hiệu quả, và dao động kích thước cực kỳ nhỏ.
Ngược lại, đối với đế gang, hệ số giãn nở nhiệt trung bình đạt 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃, và độ lệch kích thước tối đa do thay đổi nhiệt độ trong vòng 10 năm là ±0,05mm. Trong môi trường ẩm ướt, gang dễ bị gỉ sét và ăn mòn. Một số mẫu cho thấy biến dạng cục bộ, và độ lệch kích thước tiếp tục tăng. Dưới tác động của rung động cơ học, gang có hiệu suất giảm chấn kém và kích thước thường xuyên dao động, gây khó khăn cho việc đáp ứng các yêu cầu kiểm tra wafer có độ chính xác cao.
Lý do chính cho sự khác biệt về tính ổn định
Đá granit được hình thành qua hàng trăm triệu năm thông qua các quá trình địa chất. Cấu trúc bên trong của nó đặc và đồng nhất, các tinh thể khoáng chất được sắp xếp ổn định, loại bỏ ứng suất bên trong một cách tự nhiên. Điều này khiến nó cực kỳ ít bị ảnh hưởng bởi những thay đổi của các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm và rung động. Gang được tạo ra bằng quy trình đúc và có các khuyết tật vi mô như lỗ rỗng và lỗ cát bên trong. Trong khi đó, ứng suất dư sinh ra trong quá trình đúc dễ gây ra những thay đổi kích thước dưới tác động của môi trường bên ngoài. Tính chất kim loại của gang khiến nó dễ bị gỉ sét do độ ẩm, làm tăng tốc độ hư hỏng kết cấu và giảm độ ổn định kích thước.
Tác động đến thiết bị kiểm tra wafer
Thiết bị kiểm tra wafer dựa trên nền tảng đá granit, với hiệu suất kích thước ổn định, có thể đảm bảo hệ thống kiểm tra duy trì độ chính xác cao trong thời gian dài, giảm thiểu sai sót và phát hiện nhầm do độ lệch độ chính xác của thiết bị, đồng thời cải thiện đáng kể năng suất sản phẩm. Đồng thời, yêu cầu bảo trì thấp giúp giảm chi phí vòng đời của thiết bị. Thiết bị sử dụng nền tảng gang, do độ ổn định kích thước kém, đòi hỏi phải hiệu chuẩn và bảo trì thường xuyên. Điều này không chỉ làm tăng chi phí vận hành mà còn có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản xuất bán dẫn do độ chính xác không đủ, gây ra tổn thất kinh tế tiềm ẩn.
Theo xu hướng theo đuổi độ chính xác cao hơn và chất lượng tốt hơn của ngành công nghiệp bán dẫn, việc lựa chọn đá granit làm vật liệu cơ bản cho thiết bị kiểm tra wafer chắc chắn là một bước đi khôn ngoan để đảm bảo hiệu suất thiết bị và nâng cao khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp.
Thời gian đăng: 14-05-2025