ในด้านการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ความแม่นยำของอุปกรณ์ตรวจสอบแผ่นเวเฟอร์เป็นตัวกำหนดคุณภาพและผลผลิตของชิปโดยตรง ในฐานะรากฐานที่รองรับส่วนประกอบการตรวจจับแกนกลาง เสถียรภาพเชิงมิติของวัสดุฐานของอุปกรณ์มีบทบาทสำคัญต่อประสิทธิภาพการทำงานในระยะยาวของอุปกรณ์ หินแกรนิตและเหล็กหล่อเป็นวัสดุฐานสองชนิดที่นิยมใช้สำหรับอุปกรณ์ตรวจสอบแผ่นเวเฟอร์ การศึกษาเปรียบเทียบเป็นเวลา 10 ปี เผยให้เห็นความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างวัสดุทั้งสองในแง่ของเสถียรภาพเชิงมิติ ซึ่งเป็นข้อมูลอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการเลือกอุปกรณ์
พื้นฐานและการออกแบบการทดลอง
กระบวนการผลิตเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์มีข้อกำหนดด้านความแม่นยำในการตรวจจับที่สูงมาก แม้แต่ความคลาดเคลื่อนของมิติในระดับไมโครเมตรก็อาจทำให้ประสิทธิภาพของชิปลดลงหรือแม้กระทั่งการเสียของวัสดุได้ เพื่อศึกษาเสถียรภาพเชิงมิติของหินแกรนิตและเหล็กหล่อในระหว่างการใช้งานระยะยาว ทีมวิจัยได้ออกแบบการทดลองที่จำลองสภาพแวดล้อมการทำงานจริง ตัวอย่างหินแกรนิตและเหล็กหล่อที่มีข้อกำหนดเดียวกันถูกเลือกและนำไปวางไว้ในห้องควบคุมสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงจาก 15 ถึง 35 องศาเซลเซียส และความชื้นเปลี่ยนแปลงจาก 30% ถึง 70% RH การสั่นสะเทือนทางกลระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ถูกจำลองผ่านโต๊ะสั่นสะเทือน ขนาดหลักของตัวอย่างถูกวัดทุกไตรมาสโดยใช้เลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ความแม่นยำสูง และบันทึกข้อมูลอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 10 ปี
ผลการทดลอง: ข้อได้เปรียบสัมบูรณ์ของหินแกรนิต
จากข้อมูลการทดลองกว่าสิบปี พบว่าพื้นผิวหินแกรนิตมีความเสถียรอย่างน่าทึ่ง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำมาก โดยเฉลี่ยเพียง 4.6×10⁻⁶/℃ ภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรง ความเบี่ยงเบนของมิติจะถูกควบคุมให้อยู่ในช่วง ±0.001 มม. เสมอ เมื่อเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงความชื้น โครงสร้างที่หนาแน่นของหินแกรนิตแทบจะไม่ได้รับผลกระทบ และไม่มีการเปลี่ยนแปลงมิติที่วัดได้ ในสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนเชิงกล คุณสมบัติการหน่วงที่ดีเยี่ยมของหินแกรนิตสามารถดูดซับพลังงานการสั่นสะเทือนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และความผันผวนของมิติมีน้อยมาก
ในทางตรงกันข้าม สำหรับวัสดุตั้งต้นเหล็กหล่อ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเฉลี่ยอยู่ที่ 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃ และค่าเบี่ยงเบนมิติสูงสุดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายใน 10 ปีอยู่ที่ ±0.05 มม. ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น เหล็กหล่อมีแนวโน้มที่จะเกิดสนิมและการกัดกร่อน ตัวอย่างบางตัวอย่างพบการเสียรูปเฉพาะจุด และค่าเบี่ยงเบนมิติจะเพิ่มขึ้นอีก ภายใต้แรงสั่นสะเทือนทางกล เหล็กหล่อมีประสิทธิภาพในการดูดซับการสั่นสะเทือนต่ำ และขนาดของเหล็กหล่อมีการเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้ง ทำให้ยากต่อการตอบสนองความต้องการความแม่นยำสูงในการตรวจสอบแผ่นเวเฟอร์
เหตุผลสำคัญของความแตกต่างด้านเสถียรภาพ
หินแกรนิตก่อตัวขึ้นผ่านกระบวนการทางธรณีวิทยามาหลายร้อยล้านปี โครงสร้างภายในมีความหนาแน่นและสม่ำเสมอ ผลึกแร่มีการจัดเรียงตัวอย่างมั่นคง ช่วยขจัดความเค้นภายในตามธรรมชาติ ทำให้หินแกรนิตไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยภายนอก เช่น อุณหภูมิ ความชื้น และการสั่นสะเทือน เหล็กหล่อผลิตขึ้นโดยกระบวนการหล่อ และมีข้อบกพร่องในระดับจุลภาค เช่น รูพรุนและรูทรายอยู่ภายใน ในขณะเดียวกัน ความเค้นตกค้างที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการหล่อมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมิติภายใต้การกระตุ้นของสภาพแวดล้อมภายนอก คุณสมบัติทางโลหะของเหล็กหล่อทำให้มีแนวโน้มที่จะเกิดสนิมเนื่องจากความชื้น เร่งความเสียหายต่อโครงสร้าง และลดเสถียรภาพของมิติ
ผลกระทบต่ออุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์
อุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์ที่ใช้วัสดุแกรนิต มีประสิทธิภาพด้านมิติที่เสถียร ช่วยให้มั่นใจได้ว่าระบบตรวจสอบจะรักษาความแม่นยำสูงได้ยาวนาน ลดความผิดพลาดในการประเมินและการตรวจจับที่ผิดพลาดอันเนื่องมาจากความคลาดเคลื่อนของความแม่นยำของอุปกรณ์ และเพิ่มผลผลิตได้อย่างมีนัยสำคัญ ขณะเดียวกัน ความต้องการการบำรุงรักษาที่ต่ำยังช่วยลดต้นทุนตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์อีกด้วย อุปกรณ์ที่ใช้วัสดุแกรนิต เนื่องจากมีความเสถียรทางมิติต่ำ จำเป็นต้องมีการสอบเทียบและการบำรุงรักษาบ่อยครั้ง ซึ่งไม่เพียงแต่เพิ่มต้นทุนการดำเนินงานเท่านั้น แต่ยังอาจส่งผลกระทบต่อคุณภาพการผลิตเซมิคอนดักเตอร์เนื่องจากความแม่นยำไม่เพียงพอ ซึ่งอาจนำไปสู่ความสูญเสียทางเศรษฐกิจที่อาจเกิดขึ้นได้
ภายใต้แนวโน้มของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ที่แสวงหาความแม่นยำสูงกว่าและคุณภาพที่ดีกว่า การเลือกหินแกรนิตเป็นวัสดุฐานสำหรับอุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์ถือเป็นการตัดสินใจที่ชาญฉลาดอย่างไม่ต้องสงสัยเพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์มีประสิทธิภาพและเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันขององค์กร
เวลาโพสต์: 14 พฤษภาคม 2568