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 chip. Là nền tảng hỗ trợ các thành phần kiểm tra cốt lõi, độ ổn định kích thước của vật liệu nền thiết bị đóng vai trò quan trọng đối với 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 những khác biệt đáng kể giữa chúng về độ ổn định kích thước, cung cấp những tham khảo quan trọng cho việc lựa chọn thiết bị.
Bối cảnh và thiết kế thí nghiệm
Quá trình sản xuất tấm bán dẫn đòi hỏi độ chính xác phát hiện cực kỳ cao. Ngay cả sai lệch kích thước ở mức micromet cũng có thể dẫn đến suy giảm hiệu năng chip hoặc thậm chí phải loại bỏ. Để nghiên cứu tính 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 được lựa chọn và đặt trong buồng môi trường, nơi nhiệt độ dao động từ 15℃ đến 35℃ và độ ẩm dao động từ 30% đến 70% RH. Sự 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 mỗi quý bằng máy đo giao thoa laser 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 chất 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/℃. Dưới sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, độ lệch kích thước luôn được kiểm soát trong phạm vi ±0,001mm. Trước sự thay đổi độ ẩm, cấu trúc đặc chắc của đá granit khiến nó hầu như không bị ảnh hưởng, và không xảy ra sự thay đổi kích thước đáng kể nào. 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 sự dao động kích thước là cực kỳ nhỏ.
Ngược lại, đối với chất nền 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 và ăn mòn. Một số mẫu cho thấy biến dạng cục bộ, và độ lệch kích thước càng tăng thêm. Dưới tác động của rung động cơ học, gang có khả năng giảm chấn rung động kém và kích thước của nó thường xuyên biến đổi, khiến khó đáp ứng được yêu cầu độ chính xác cao trong kiểm tra wafer.
Lý do cốt yếu dẫn đến sự khác biệt về tính ổn định là gì?
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, tự nhiên loại bỏ ứng suất bên trong. Điều này làm cho nó cực kỳ ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm và rung động. Gang được chế tạo bằng quy trình đúc và có các khuyết tật vi mô như lỗ rỗng và lỗ cát bên trong. Đồng thời, ứng suất dư sinh ra trong quá trình đúc dễ gây ra biến dạng kích thước dưới tác động của môi trường bên ngoài. Tính chất kim loại của gang khiến nó dễ bị gỉ do độ ẩm, làm tăng tốc độ hư hại cấu trúc và giảm độ ổn định kích thước.
Tác động đến thiết bị kiểm tra wafer
Thiết bị kiểm tra wafer dựa trên chất nền 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 bỏ sót do sự thay đổi độ chính xác của thiết bị, và 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 chất nền gang, do độ ổn định kích thước kém, cần 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 tàng.
Trong bối cảnh ngành công nghiệp bán dẫn đang hướng tới độ chính xác cao hơn và chất lượng tốt hơn, việc lựa chọn đá granit làm vật liệu nền cho thiết bị kiểm tra wafer chắc chắn là một bước đi sáng suốt để đảm bảo hiệu suất thiết bị và nâng cao khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp.
Thời gian đăng bài: 14 tháng 5 năm 2025