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 suporta os principais componentes de detecção, a estabilidade dimensional do material de base do equipamento desempenha um papel crucial no desempenho operacional a longo prazo. Granito e ferro fundido são dois materiais de base comumente usados para 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 delineamento experimental
O processo de produção de wafers semicondutores exige altíssima precisão na detecção. Mesmo um desvio dimensional em 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 prolongado, a equipe de pesquisa projetou experimentos que simularam ambientes de trabalho reais. Amostras de granito e ferro fundido com as mesmas especificações foram selecionadas e colocadas em uma câmara climática onde a temperatura variava 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 dimensões principais 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 mostram que o substrato de granito exibe uma estabilidade surpreendente. Seu coeficiente de expansão térmica é extremamente baixo, com uma média de apenas 4,6×10⁻⁶/℃. 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, e nenhuma mudança dimensional mensurável ocorre. Em um ambiente de vibração mecânica, as excelentes características de amortecimento do granito absorvem a energia da vibração de forma eficaz, 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/℃ - 13×10⁻⁶/℃, e o desvio dimensional máximo causado por variações de temperatura em 10 anos é de ±0,05 mm. Em um ambiente úmido, o ferro fundido é propenso à ferrugem e à corrosão. Algumas amostras apresentam deformação localizada, e o desvio dimensional aumenta ainda mais. Sob a ação de vibração mecânica, o ferro fundido apresenta baixo desempenho de amortecimento de vibração e suas dimensões flutuam 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 estão dispostos de forma estável, eliminando naturalmente a tensão interna. Isso o torna extremamente insensível a mudanças em fatores externos, como temperatura, umidade e vibração. O ferro fundido, por sua vez, é produzido pelo processo de fundição e apresenta defeitos microscópicos, como poros e vazios de areia em seu interior. Além disso, a tensão residual gerada durante o processo de fundição é propensa a causar alterações dimensionais sob a ação do ambiente externo. As propriedades metálicas do ferro fundido o tornam suscetível à ferrugem devido à umidade, acelerando os danos estruturais e reduzindo sua estabilidade dimensional.
O impacto nos equipamentos de inspeção de wafers
Equipamentos de inspeção de wafers baseados em substrato de granito, com seu desempenho dimensional estável, garantem que o sistema de inspeção mantenha alta precisão por um longo período, reduzindo erros de julgamento e detecções perdidas causadas pela deriva da precisão do equipamento e melhorando significativamente o rendimento do produto. Além disso, 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.
Em consonância com a tendência da indústria de semicondutores de buscar maior precisão e melhor qualidade, a escolha do granito como material base para equipamentos de inspeção de wafers é, sem dúvida, uma decisão acertada para garantir o desempenho dos equipamentos e aumentar a competitividade das empresas.
Data da publicação: 14 de maio de 2025