V oblasti výroby polovodičů přímo určuje přesnost zařízení pro kontrolu destiček (waferů) kvalitu a výtěžnost čipů. Rozměrová stabilita základního materiálu zařízení, které je základem pro komponenty pro detekci jádra, hraje klíčovou roli v dlouhodobém provozním výkonu zařízení. Žula a litina jsou dva běžně používané základní materiály pro zařízení pro kontrolu destiček. Desetiletá srovnávací studie odhalila významné rozdíly mezi nimi, pokud jde o rozměrovou stabilitu, a poskytla důležité reference pro výběr zařízení.
Experimentální pozadí a design
Výrobní proces polovodičových destiček klade extrémně vysoké požadavky na přesnost detekce. I rozměrová odchylka na úrovni mikrometru může vést ke snížení výkonu čipu nebo dokonce k jeho sešrotování. Pro zkoumání rozměrové stability žuly a litiny během dlouhodobého používání navrhl výzkumný tým experimenty, které simulovaly reálná pracovní prostředí. Vzorky žuly a litiny stejné specifikace byly vybrány a umístěny do environmentální komory, kde teplota kolísala od 15 °C do 35 °C a vlhkost od 30 % do 70 % relativní vlhkosti. Mechanické vibrace během provozu zařízení byly simulovány pomocí vibračního stolu. Klíčové rozměry vzorků byly měřeny každé čtvrtletí pomocí vysoce přesného laserového interferometru a data byla nepřetržitě zaznamenávána po dobu 10 let.
Experimentální výsledek: Absolutní výhoda žuly
Deset let experimentálních dat ukazuje, že žulový substrát vykazuje úžasnou stabilitu. Jeho koeficient tepelné roztažnosti je extrémně nízký, v průměru pouze 4,6×10⁻⁶/℃. Při drastických teplotních změnách je rozměrová odchylka vždy kontrolována v rozmezí ±0,001 mm. V případě změn vlhkosti je hustá struktura žuly téměř neovlivněna a nedochází k žádným měřitelným rozměrovým změnám. V prostředí mechanických vibrací vynikající tlumicí vlastnosti žuly účinně absorbují vibrační energii a rozměrové kolísání je extrémně malé.
Naproti tomu u litiny dosahuje průměrný koeficient tepelné roztažnosti 11×10⁻⁶/℃ až 13×10⁻⁶/℃ a maximální rozměrová odchylka způsobená změnami teploty během 10 let je ±0,05 mm. Ve vlhkém prostředí je litina náchylná ke korozi. Některé vzorky vykazují lokální deformace a rozměrová odchylka se dále zvyšuje. V důsledku působení mechanických vibrací má litina špatné tlumení vibrací a její velikost často kolísá, což ztěžuje splnění požadavků na vysokou přesnost při kontrole destiček.
Základní důvod rozdílu ve stabilitě
Žula se formovala po stovky milionů let geologickými procesy. Její vnitřní struktura je hustá a jednotná a minerální krystaly jsou stabilně uspořádány, což přirozeně eliminuje vnitřní napětí. Díky tomu je extrémně necitlivá na změny vnějších faktorů, jako je teplota, vlhkost a vibrace. Litina se vyrábí procesem odlévání a uvnitř má mikroskopické defekty, jako jsou póry a díry od písku. Zbytkové napětí vznikající během procesu odlévání má zároveň sklon způsobovat rozměrové změny v důsledku vlivu vnějšího prostředí. Kovové vlastnosti litiny ji činí náchylnou k rezivění v důsledku vlhkosti, což urychluje strukturální poškození a snižuje rozměrovou stabilitu.
Dopad na zařízení pro kontrolu destiček
Zařízení pro kontrolu destiček na bázi žulového substrátu díky stabilním rozměrovým vlastnostem zajišťuje, že si kontrolní systém udrží vysokou přesnost po dlouhou dobu, snižuje chybné odhady a přehlédnutí způsobené odchylkami přesnosti zařízení a výrazně zlepšuje výtěžnost produktu. Nízké nároky na údržbu zároveň snižují náklady na celou dobu životnosti zařízení. Zařízení používající litinové substráty vyžadují kvůli nízké rozměrové stabilitě častou kalibraci a údržbu. To nejen zvyšuje provozní náklady, ale může také ovlivnit kvalitu výroby polovodičů v důsledku nedostatečné přesnosti, což může způsobit potenciální ekonomické ztráty.
Vzhledem k trendu snahy polovodičového průmyslu o vyšší přesnost a lepší kvalitu je volba žuly jako základního materiálu pro zařízení pro kontrolu destiček nepochybně moudrým krokem k zajištění výkonu zařízení a zvýšení konkurenceschopnosti podniků.
Čas zveřejnění: 14. května 2025