แพลตฟอร์มทดสอบเซมิคอนดักเตอร์: ข้อดีสัมพันธ์ของการใช้หินแกรนิตเหนือวัสดุเหล็กหล่อคืออะไร?

ในด้านการทดสอบเซมิคอนดักเตอร์ การเลือกวัสดุของแท่นทดสอบมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อความแม่นยำในการทดสอบและความเสถียรของอุปกรณ์ เมื่อเทียบกับวัสดุเหล็กหล่อแบบดั้งเดิม หินแกรนิตกำลังกลายเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแท่นทดสอบเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากประสิทธิภาพที่โดดเด่น
ความต้านทานการกัดกร่อนที่โดดเด่นช่วยให้การทำงานมีเสถียรภาพในระยะยาว
ในระหว่างกระบวนการทดสอบสารกึ่งตัวนำ มักมีการใช้สารเคมีหลายชนิด เช่น สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) ซึ่งใช้ในการพัฒนาโฟโตเรซิสต์ และสารกัดกร่อนสูง เช่น กรดไฮโดรฟลูออริก (HF) และกรดไนตริก (HNO₃) ในกระบวนการกัด เหล็กหล่อส่วนใหญ่ประกอบด้วยธาตุเหล็ก ในสภาพแวดล้อมทางเคมีเช่นนี้ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันมีโอกาสเกิดขึ้นสูง อะตอมของเหล็กจะสูญเสียอิเล็กตรอนและเกิดปฏิกิริยาแทนที่กับสารที่เป็นกรดในสารละลาย ทำให้เกิดการกัดกร่อนอย่างรวดเร็วบนพื้นผิว ก่อให้เกิดสนิมและรอยบุ๋ม และทำให้ความเรียบและความแม่นยำของมิติของแพลตฟอร์มเสียหาย

ในทางตรงกันข้าม องค์ประกอบแร่ของหินแกรนิตมีความทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษ ควอตซ์ (SiO₂) ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลัก มีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียรอย่างยิ่งและแทบไม่ทำปฏิกิริยากับกรดและเบสทั่วไป แร่ธาตุอย่างเฟลด์สปาร์ก็เฉื่อยในสภาพแวดล้อมทางเคมีทั่วไปเช่นกัน การทดลองจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าในสภาพแวดล้อมทางเคมีสำหรับการตรวจจับสารกึ่งตัวนำจำลองเดียวกันนี้ หินแกรนิตมีความต้านทานการกัดกร่อนทางเคมีสูงกว่าเหล็กหล่อมากกว่า 15 เท่า ซึ่งหมายความว่าการใช้แท่นหินแกรนิตสามารถลดความถี่และค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาอุปกรณ์ที่เกิดจากการกัดกร่อนได้อย่างมาก ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ และรับประกันความเสถียรของความแม่นยำในการตรวจจับในระยะยาว
ความเสถียรสูงพิเศษ ตอบสนองความต้องการความแม่นยำในการตรวจจับระดับนาโนเมตร
การทดสอบเซมิคอนดักเตอร์มีข้อกำหนดที่สูงมากสำหรับเสถียรภาพของแพลตฟอร์ม และจำเป็นต้องวัดคุณลักษณะของชิปอย่างแม่นยำในระดับนาโน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของเหล็กหล่อค่อนข้างสูง ประมาณ 10-12 ×10⁻⁶/℃ ความร้อนที่เกิดจากการทำงานของอุปกรณ์ตรวจจับหรือความผันผวนของอุณหภูมิแวดล้อมจะทำให้เกิดการขยายตัวและหดตัวทางความร้อนอย่างมีนัยสำคัญของแพลตฟอร์มเหล็กหล่อ ส่งผลให้ตำแหน่งระหว่างหัววัดตรวจจับและชิปเบี่ยงเบนไปจากตำแหน่งเดิม และส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการวัด

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของหินแกรนิตมีค่าเพียง 0.6-5×10⁻⁶/℃ ซึ่งน้อยกว่าหรือเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของเหล็กหล่อเพียงเล็กน้อย โครงสร้างมีความหนาแน่นสูง แรงเค้นภายในถูกกำจัดออกไปโดยธรรมชาติในระยะยาว และได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย นอกจากนี้ หินแกรนิตยังมีความแข็งแกร่งสูง โดยมีความแข็งสูงกว่าเหล็กหล่อ 2-3 เท่า (เทียบเท่า HRC > 51) ซึ่งสามารถต้านทานแรงกระแทกและแรงสั่นสะเทือนจากภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ และรักษาความเรียบและความตรงของแท่นได้ ตัวอย่างเช่น ในการตรวจจับวงจรชิปที่มีความแม่นยำสูง แท่นหินแกรนิตสามารถควบคุมความคลาดเคลื่อนของความเรียบได้ภายใน ±0.5μm/m ทำให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ตรวจจับยังคงสามารถตรวจจับได้อย่างแม่นยำในระดับนาโนในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน
คุณสมบัติป้องกันแม่เหล็กที่โดดเด่น สร้างสภาพแวดล้อมการตรวจจับที่บริสุทธิ์
ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และเซ็นเซอร์ในอุปกรณ์ทดสอบสารกึ่งตัวนำมีความไวสูงต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า เหล็กหล่อมีแม่เหล็กในระดับหนึ่ง ในสภาพแวดล้อมที่มีแม่เหล็กไฟฟ้า เหล็กหล่อจะสร้างสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ ซึ่งจะรบกวนสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าของอุปกรณ์ตรวจจับ ส่งผลให้สัญญาณผิดเพี้ยนและข้อมูลการตรวจจับผิดปกติ

ในทางกลับกัน หินแกรนิตเป็นวัสดุต้านแม่เหล็กและแทบไม่มีขั้วแม่เหล็กภายนอก อิเล็กตรอนภายในมีพันธะเคมีเป็นคู่ และมีโครงสร้างที่เสถียร ไม่ได้รับผลกระทบจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก ในสภาพแวดล้อมที่มีสนามแม่เหล็กแรงสูง 10 มิลลิตัน ความเข้มของสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำบนพื้นผิวหินแกรนิตจะน้อยกว่า 0.001 มิลลิตัน ในขณะที่บนพื้นผิวเหล็กหล่อจะสูงกว่า 8 มิลลิตัน คุณสมบัตินี้ช่วยให้แพลตฟอร์มหินแกรนิตสามารถสร้างสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าบริสุทธิ์สำหรับอุปกรณ์ตรวจจับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น การตรวจจับด้วยควอนตัมชิปและการตรวจจับวงจรแอนะล็อกความแม่นยำสูง ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและความสม่ำเสมอของผลการตรวจจับได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในการสร้างแท่นทดสอบเซมิคอนดักเตอร์ หินแกรนิตได้ก้าวล้ำหน้าวัสดุเหล็กหล่ออย่างครอบคลุม เนื่องจากมีข้อได้เปรียบที่สำคัญหลายประการ เช่น ความทนทานต่อการกัดกร่อน ความเสถียร และความต้านทานแม่เหล็ก เมื่อเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ก้าวหน้าไปสู่ความแม่นยำสูงขึ้น หินแกรนิตจะมีบทบาทสำคัญยิ่งขึ้นในการรับรองประสิทธิภาพของอุปกรณ์ทดสอบและส่งเสริมความก้าวหน้าของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์