ในด้านการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ความแม่นยำของอุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์จะกำหนดคุณภาพและผลผลิตของชิปโดยตรง เนื่องจากเป็นฐานรองรับส่วนประกอบการตรวจจับแกนกลาง ความเสถียรของมิติของวัสดุฐานของอุปกรณ์จึงมีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพการทำงานในระยะยาวของอุปกรณ์ หินแกรนิตและเหล็กหล่อเป็นวัสดุฐานสองชนิดที่นิยมใช้สำหรับอุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์ การศึกษาวิจัยเชิงเปรียบเทียบเป็นเวลา 10 ปีได้เปิดเผยความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทั้งสองชนิดในแง่ของความเสถียรของมิติ ซึ่งให้ข้อมูลอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการเลือกอุปกรณ์
พื้นฐานการทดลองและการออกแบบ
กระบวนการผลิตเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์มีข้อกำหนดด้านความแม่นยำในการตรวจจับสูงมาก แม้แต่การเบี่ยงเบนมิติในระดับไมโครเมตรก็อาจทำให้ประสิทธิภาพของชิปลดลงหรืออาจถึงขั้นเป็นเศษวัสดุได้ เพื่อสำรวจเสถียรภาพของมิติของหินแกรนิตและเหล็กหล่อระหว่างการใช้งานในระยะยาว ทีมวิจัยได้ออกแบบการทดลองที่จำลองสภาพแวดล้อมการทำงานจริง โดยเลือกตัวอย่างหินแกรนิตและเหล็กหล่อที่มีสเปกเดียวกันและวางไว้ในห้องทดสอบสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิผันผวนตั้งแต่ 15℃ ถึง 35℃ และความชื้นผันผวนตั้งแต่ 30% ถึง 70% RH การสั่นสะเทือนทางกลระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ถูกจำลองผ่านโต๊ะสั่นสะเทือน ขนาดหลักของตัวอย่างถูกวัดทุกไตรมาสโดยใช้เครื่องวัดการรบกวนด้วยเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูง และบันทึกข้อมูลอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 10 ปี
ผลการทดลอง: ข้อได้เปรียบที่แน่นอนของหินแกรนิต
ข้อมูลการทดลองสิบปีแสดงให้เห็นว่าพื้นผิวหินแกรนิตมีความเสถียรอย่างน่าทึ่ง โดยมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำมาก โดยเฉลี่ยอยู่ที่เพียง 4.6×10⁻⁶/℃ ภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่รุนแรง ความเบี่ยงเบนของมิติจะถูกควบคุมให้อยู่ภายใน ±0.001 มม. เสมอ เมื่อเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงความชื้น โครงสร้างที่หนาแน่นของหินแกรนิตจะทำให้แทบไม่ได้รับผลกระทบ และไม่มีการเปลี่ยนแปลงมิติที่วัดได้เกิดขึ้น ในสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนทางกล คุณสมบัติการหน่วงที่ยอดเยี่ยมของหินแกรนิตจะดูดซับพลังงานการสั่นสะเทือนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และความผันผวนของมิติมีขนาดเล็กมาก
ในทางตรงกันข้าม สำหรับพื้นผิวเหล็กหล่อ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนโดยเฉลี่ยจะอยู่ที่ 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃ และค่าเบี่ยงเบนมิติสูงสุดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิภายใน 10 ปีคือ ±0.05 มม. ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น เหล็กหล่อมีแนวโน้มที่จะเกิดสนิมและกัดกร่อน ตัวอย่างบางชิ้นแสดงการเสียรูปในพื้นที่ และการเบี่ยงเบนมิติจะเพิ่มขึ้นอีก ภายใต้การกระทำของการสั่นสะเทือนทางกล เหล็กหล่อมีประสิทธิภาพในการลดการสั่นสะเทือนที่ไม่ดี และขนาดของเหล็กหล่อผันผวนบ่อยครั้ง ทำให้ยากต่อการตอบสนองความต้องการความแม่นยำสูงของการตรวจสอบเวเฟอร์
เหตุผลสำคัญของความแตกต่างด้านเสถียรภาพ
หินแกรนิตเกิดขึ้นมาเป็นเวลาหลายร้อยล้านปีโดยผ่านกระบวนการทางธรณีวิทยา โครงสร้างภายในมีความหนาแน่นและสม่ำเสมอ และผลึกแร่มีการจัดเรียงอย่างมั่นคง ซึ่งช่วยขจัดความเครียดภายในตามธรรมชาติ ทำให้หินแกรนิตไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยภายนอก เช่น อุณหภูมิ ความชื้น และการสั่นสะเทือน เหล็กหล่อผลิตขึ้นด้วยกระบวนการหล่อ และมีข้อบกพร่องในระดับจุลภาค เช่น รูพรุนและรูทรายอยู่ภายใน ในขณะเดียวกัน ความเครียดตกค้างที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการหล่อมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมิติภายใต้การกระตุ้นของสภาพแวดล้อมภายนอก คุณสมบัติของโลหะในเหล็กหล่อทำให้มีแนวโน้มที่จะเกิดสนิมเนื่องจากความชื้น ทำให้โครงสร้างเสียหายเร็วขึ้น และลดเสถียรภาพของมิติลง
ผลกระทบต่ออุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์
อุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์ที่ใช้หินแกรนิตเป็นพื้นฐาน ซึ่งมีประสิทธิภาพด้านมิติที่เสถียร ช่วยให้มั่นใจได้ว่าระบบตรวจสอบจะรักษาความแม่นยำสูงได้เป็นเวลานาน ลดการตัดสินใจที่ผิดพลาดและการตรวจจับที่พลาดซึ่งเกิดจากความคลาดเคลื่อนของความแม่นยำของอุปกรณ์ และปรับปรุงผลผลิตของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมีนัยสำคัญ ในขณะเดียวกัน ความต้องการในการบำรุงรักษาที่ต่ำช่วยลดต้นทุนตลอดอายุการใช้งานทั้งหมดของอุปกรณ์ อุปกรณ์ที่ใช้วัสดุพื้นผิวเหล็กหล่อ ต้องมีการปรับเทียบและบำรุงรักษาบ่อยครั้ง เนื่องจากความเสถียรของมิติที่ไม่ดี ซึ่งไม่เพียงแต่เพิ่มต้นทุนการดำเนินงาน แต่ยังอาจส่งผลต่อคุณภาพการผลิตเซมิคอนดักเตอร์เนื่องจากความแม่นยำไม่เพียงพอ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการสูญเสียทางเศรษฐกิจได้
ภายใต้แนวโน้มของการแสวงหาความแม่นยำที่สูงขึ้นและคุณภาพที่ดีขึ้นของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ การเลือกหินแกรนิตเป็นวัสดุฐานสำหรับอุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์ถือเป็นการเคลื่อนไหวที่ชาญฉลาดอย่างไม่ต้องสงสัย เพื่อให้แน่ใจถึงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ และเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันขององค์กร
เวลาโพสต์ : 14 พฤษภาคม 2568