Trong lĩnh vực sản xuất chất bán dẫn, độ chính xác của thiết bị kiểm tra wafer quyết định trực tiếp đến chất lượng và năng suất của chip. Là nền tảng hỗ trợ các thành phần phát hiện lõi, độ ổn định về kích thước của vật liệu cơ sở 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 cơ sở thường được sử dụng cho thiết bị kiểm tra wafer. Một nghiên cứu so sánh trong 10 năm đã chỉ ra sự khác biệt đáng kể giữa chúng về độ ổn định về kích thước, cung cấp các tài liệu tham khảo quan trọng để lựa chọn thiết bị.
Bối cảnh và thiết kế thí nghiệm
Quy trình sản xuất tấm bán dẫn có yêu cầu cực kỳ cao về độ chính xác phát hiện. Ngay cả độ lệch kích thước ở cấp độ micromet cũng có thể dẫn đến giảm hiệu suất chip hoặc thậm chí là loại bỏ. Để khám phá độ ổn định về 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 đã được mô phỏng thông qua một bàn rung. Các kích thước chính của mẫu được đo mỗi quý bằng máy đo giao thoa 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
Mười năm dữ liệu thực nghiệm cho thấy nền đá granit thể hiện 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. Trước những thay đổi về độ ẩm, cấu trúc đặc của đá granit khiến nó hầu như không bị ảnh hưởng và không xảy ra bất kỳ 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 hấp thụ hiệu quả năng lượng rung động và dao động kích thước cực kỳ nhỏ.
Ngược lại, đối với chất nền gang, hệ số giãn nở nhiệt trung bình của nó đạt 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃ và độ lệch kích thước tối đa do nhiệt độ thay đổi trong vòng 10 năm là ±0,05mm. Trong môi trường ẩm ướt, gang dễ bị rỉ sét và ăn mòn. Một số mẫu cho thấy biến dạng cục bộ và độ lệch kích thước tăng thêm. Dưới tác động của rung động cơ học, gang có hiệu suất giảm chấn rung kém và kích thước của nó dao động thường xuyên, khiến việc đáp ứng các yêu cầu có độ chính xác cao của quá trình kiểm tra wafer trở nên khó khăn.
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 dày đặc và đồng nhất, và các tinh thể khoáng được sắp xếp ổn định, loại bỏ ứng suất bên trong theo tự nhiên. Điều này làm cho nó cực kỳ không nhạy cảm với những thay đổi của các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm và độ rung. Gang được tạo ra bằng quy trình đúc và có các khuyết tật cực nhỏ như lỗ rỗng và lỗ cát bên trong. Trong khi đó, ứng suất dư được tạo ra trong quá trình đúc dễ gây ra những thay đổi về kích thước dưới sự kích thích của môi trường bên ngoài. Các đặc tính kim loại của gang khiến nó dễ bị rỉ sét do độ ẩm, đẩy nhanh quá trình hư hỏng cấu trúc và làm giảm độ ổn định về kích thước.
Tác động đến thiết bị kiểm tra wafer
Thiết bị kiểm tra wafer dựa trên nền tảng granit, với hiệu suất kích thước ổn định, có thể đảm bảo rằng hệ thống kiểm tra duy trì độ chính xác cao trong thời gian dài, giảm thiểu việc đánh giá sai và phát hiện bỏ sót do độ chính xác của thiết bị trôi đi và cải thiện đáng kể năng suất sản phẩm. Trong khi đó, yêu cầu bảo trì thấp làm giảm chi phí vòng đời đầy đủ 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 chất 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