ในอุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ความแม่นยำของอุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์มีผลโดยตรงต่อคุณภาพและผลผลิตของชิป เนื่องจากวัสดุฐานของอุปกรณ์เป็นส่วนประกอบสำคัญที่รองรับการตรวจจับ ความเสถียรของขนาดจึงมีบทบาทสำคัญต่อประสิทธิภาพการทำงานในระยะยาวของอุปกรณ์ หินแกรนิตและเหล็กหล่อเป็นวัสดุฐานที่ใช้กันทั่วไปสำหรับอุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์ การศึกษาเปรียบเทียบเป็นเวลา 10 ปีได้เปิดเผยความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างวัสดุทั้งสองในแง่ของความเสถียรของขนาด ซึ่งเป็นข้อมูลอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการเลือกอุปกรณ์
ภูมิหลังและการออกแบบการทดลอง
กระบวนการผลิตแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์มีความต้องการความแม่นยำสูงมาก แม้แต่ความคลาดเคลื่อนเพียงระดับไมโครเมตรก็อาจทำให้ประสิทธิภาพของชิปลดลงหรือถึงขั้นต้องทิ้งชิปนั้นไป เพื่อศึกษาเสถียรภาพด้านมิติของหินแกรนิตและเหล็กหล่อในระหว่างการใช้งานระยะยาว ทีมวิจัยได้ออกแบบการทดลองที่จำลองสภาพแวดล้อมการทำงานจริง โดยเลือกตัวอย่างหินแกรนิตและเหล็กหล่อที่มีคุณสมบัติเดียวกันมาวางไว้ในห้องควบคุมสภาพแวดล้อม ซึ่งอุณหภูมิผันผวนจาก 15℃ ถึง 35℃ และความชื้นสัมพัทธ์ผันผวนจาก 30% ถึง 70% RH การสั่นสะเทือนทางกลระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ถูกจำลองโดยใช้โต๊ะสั่นสะเทือน วัดขนาดที่สำคัญของตัวอย่างทุกไตรมาสโดยใช้เครื่องวัดระยะด้วยเลเซอร์ความแม่นยำสูง และบันทึกข้อมูลอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 10 ปี
ผลการทดลอง: ข้อได้เปรียบที่แท้จริงของหินแกรนิต
ข้อมูลจากการทดลองตลอดสิบปีที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่าพื้นผิวหินแกรนิตมีความเสถียรอย่างน่าทึ่ง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำมาก โดยเฉลี่ยเพียง 4.6×10⁻⁶/℃ ภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรง การเบี่ยงเบนของขนาดจะถูกควบคุมให้อยู่ภายใน ±0.001 มม. เสมอ เมื่อเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงความชื้น โครงสร้างที่หนาแน่นของหินแกรนิตทำให้แทบไม่ได้รับผลกระทบ และไม่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดที่วัดได้เกิดขึ้น ในสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนทางกล คุณสมบัติการลดการสั่นสะเทือนที่ดีเยี่ยมของหินแกรนิตจะดูดซับพลังงานการสั่นสะเทือนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และความผันผวนของขนาดมีน้อยมาก
ในทางตรงกันข้าม สำหรับวัสดุเหล็กหล่อ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเฉลี่ยอยู่ที่ 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃ และความคลาดเคลื่อนของขนาดสูงสุดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิภายใน 10 ปี คือ ±0.05 มม. ในสภาพแวดล้อมที่ชื้น เหล็กหล่อมีแนวโน้มที่จะเกิดสนิมและการกัดกร่อน ตัวอย่างบางชิ้นแสดงการเสียรูปเฉพาะจุด และความคลาดเคลื่อนของขนาดก็เพิ่มมากขึ้น ภายใต้การสั่นสะเทือนทางกล เหล็กหล่อมีประสิทธิภาพในการลดการสั่นสะเทือนต่ำ และขนาดของมันผันผวนบ่อย ทำให้ยากที่จะตอบสนองความต้องการความแม่นยำสูงของการตรวจสอบแผ่นเวเฟอร์
เหตุผลสำคัญที่ทำให้เกิดความแตกต่างในด้านความเสถียร
หินแกรนิตก่อตัวขึ้นในช่วงหลายร้อยล้านปีผ่านกระบวนการทางธรณีวิทยา โครงสร้างภายในมีความหนาแน่นและสม่ำเสมอ ผลึกแร่เรียงตัวอย่างมั่นคง ทำให้ไม่มีความเครียดภายในตามธรรมชาติ ส่งผลให้หินแกรนิตมีความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยภายนอก เช่น อุณหภูมิ ความชื้น และการสั่นสะเทือนเป็นอย่างมาก ในทางกลับกัน เหล็กหล่อผลิตโดยกระบวนการหล่อ และมีข้อบกพร่องขนาดเล็ก เช่น รูพรุนและรูทรายอยู่ภายใน นอกจากนี้ ความเครียดตกค้างที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการหล่อยังมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดภายใต้การกระตุ้นของสภาพแวดล้อมภายนอก คุณสมบัติทางโลหะของเหล็กหล่อทำให้เกิดสนิมได้ง่ายเนื่องจากความชื้น ซึ่งจะเร่งความเสียหายของโครงสร้างและลดความเสถียรของขนาด
ผลกระทบต่ออุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์
อุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์ที่ใช้หินแกรนิตเป็นพื้นผิวรองรับ มีประสิทธิภาพด้านมิติที่เสถียร ช่วยให้ระบบตรวจสอบรักษาความแม่นยำสูงได้เป็นเวลานาน ลดการตัดสินใจผิดพลาดและการตรวจจับพลาดที่เกิดจากการเบี่ยงเบนความแม่นยำของอุปกรณ์ และเพิ่มผลผลิตได้อย่างมาก ในขณะเดียวกัน ความต้องการการบำรุงรักษาต่ำช่วยลดต้นทุนตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ ส่วนอุปกรณ์ที่ใช้เหล็กหล่อเป็นพื้นผิวรองรับ เนื่องจากความเสถียรของมิติที่ไม่ดี จึงต้องมีการปรับเทียบและบำรุงรักษาบ่อยครั้ง ซึ่งไม่เพียงแต่เพิ่มต้นทุนการดำเนินงานเท่านั้น แต่ยังอาจส่งผลกระทบต่อคุณภาพการผลิตเซมิคอนดักเตอร์เนื่องจากความแม่นยำไม่เพียงพอ ทำให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจได้
ภายใต้กระแสที่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์มุ่งเน้นความแม่นยำและคุณภาพที่สูงขึ้น การเลือกใช้หินแกรนิตเป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์ตรวจสอบแผ่นเวเฟอร์จึงเป็นการตัดสินใจที่ชาญฉลาดอย่างไม่ต้องสงสัย เพื่อให้มั่นใจในประสิทธิภาพของอุปกรณ์และเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันขององค์กร
วันที่เผยแพร่: 14 พฤษภาคม 2568