Na área de fabricação de semicondutores, a precisão dos equipamentos de inspeção de wafers determina diretamente a qualidade e o rendimento dos chips. Como base que sustenta os componentes de detecção do núcleo, a estabilidade dimensional do material base do equipamento desempenha um papel crucial no desempenho operacional a longo prazo. Granito e ferro fundido são dois materiais base comumente utilizados em equipamentos de inspeção de wafers. Um estudo comparativo de 10 anos revelou diferenças significativas entre eles em termos de estabilidade dimensional, fornecendo referências importantes para a seleção de equipamentos.
Contexto e design experimental
O processo de produção de wafers semicondutores possui requisitos extremamente elevados de precisão de detecção. Mesmo um desvio dimensional de nível micrométrico pode levar à queda no desempenho do chip ou até mesmo ao seu descarte. Para explorar a estabilidade dimensional do granito e do ferro fundido durante o uso a longo prazo, a equipe de pesquisa projetou experimentos que simularam ambientes de trabalho reais. Amostras de granito e ferro fundido com a mesma especificação foram selecionadas e colocadas em uma câmara ambiental onde a temperatura oscilou de 15°C a 35°C e a umidade relativa de 30% a 70%. A vibração mecânica durante a operação do equipamento foi simulada por meio de uma mesa vibratória. As principais dimensões das amostras foram medidas trimestralmente usando um interferômetro a laser de alta precisão, e os dados foram registrados continuamente por 10 anos.
Resultado experimental: A vantagem absoluta do granito
Dez anos de dados experimentais demonstram que o substrato de granito apresenta uma estabilidade impressionante. Seu coeficiente de expansão térmica é extremamente baixo, com média de apenas 4,6×10⁻⁶/°C. Sob mudanças drásticas de temperatura, o desvio dimensional é sempre controlado dentro de ±0,001 mm. Diante de mudanças de umidade, a estrutura densa do granito o torna praticamente inalterado, sem alterações dimensionais mensuráveis. Em um ambiente de vibração mecânica, as excelentes características de amortecimento do granito absorvem eficazmente a energia da vibração, e a flutuação dimensional é extremamente pequena.
Em contraste, para o substrato de ferro fundido, seu coeficiente médio de expansão térmica atinge 11×10⁻⁶/°C - 13×10⁻⁶/°C, e o desvio dimensional máximo causado por mudanças de temperatura em 10 anos é de ±0,05 mm. Em ambientes úmidos, o ferro fundido é propenso à ferrugem e corrosão. Algumas amostras apresentam deformação local, e o desvio dimensional aumenta ainda mais. Sob a ação de vibração mecânica, o ferro fundido apresenta baixo desempenho de amortecimento de vibração e seu tamanho flutua frequentemente, dificultando o atendimento aos requisitos de alta precisão da inspeção de wafers.
A razão essencial para a diferença na estabilidade
O granito foi formado ao longo de centenas de milhões de anos por meio de processos geológicos. Sua estrutura interna é densa e uniforme, e os cristais minerais são dispostos de forma estável, eliminando tensões internas por natureza. Isso o torna extremamente insensível a mudanças em fatores externos, como temperatura, umidade e vibração. O ferro fundido é produzido por meio do processo de fundição e apresenta defeitos microscópicos, como poros e buracos de areia em seu interior. Enquanto isso, a tensão residual gerada durante o processo de fundição tende a causar alterações dimensionais sob a ação do ambiente externo. As propriedades metálicas do ferro fundido o tornam propenso à ferrugem devido à umidade, acelerando os danos estruturais e reduzindo a estabilidade dimensional.
O impacto no equipamento de inspeção de wafers
Equipamentos de inspeção de wafers baseados em substrato de granito, com seu desempenho dimensional estável, podem garantir que o sistema de inspeção mantenha alta precisão por um longo período, reduzir erros de julgamento e falhas de detecção causados por desvios na precisão do equipamento e melhorar significativamente o rendimento do produto. Ao mesmo tempo, os baixos requisitos de manutenção reduzem o custo total do ciclo de vida do equipamento. Equipamentos que utilizam substratos de ferro fundido, devido à baixa estabilidade dimensional, exigem calibração e manutenção frequentes. Isso não apenas aumenta os custos operacionais, mas também pode afetar a qualidade da produção de semicondutores devido à precisão insuficiente, causando potenciais perdas econômicas.
Seguindo a tendência da indústria de semicondutores de buscar maior precisão e melhor qualidade, escolher o granito como material base para equipamentos de inspeção de wafers é, sem dúvida, uma decisão inteligente para garantir o desempenho do equipamento e aumentar a competitividade das empresas.
Data de publicação: 14 de maio de 2025