En el campo de la fabricación de semiconductores, la precisión de los equipos de inspección de obleas determina directamente la calidad y el rendimiento de los chips. Como base de los componentes de detección del núcleo, la estabilidad dimensional del material base del equipo desempeña un papel crucial en su rendimiento operativo a largo plazo. El granito y el hierro fundido son dos materiales base comúnmente utilizados para equipos de inspección de obleas. Un estudio comparativo de 10 años ha revelado las significativas diferencias entre ellos en cuanto a estabilidad dimensional, lo que proporciona importantes referencias para la selección de equipos.
Antecedentes y diseño experimental
El proceso de producción de obleas semiconductoras exige una precisión de detección extremadamente alta. Incluso una desviación dimensional micrométrica puede provocar una disminución del rendimiento del chip o incluso su desguace. Para explorar la estabilidad dimensional del granito y el hierro fundido durante el uso a largo plazo, el equipo de investigación diseñó experimentos que simulaban entornos de trabajo reales. Se seleccionaron muestras de granito y hierro fundido de la misma especificación y se colocaron en una cámara ambiental donde la temperatura fluctuó entre 15 °C y 35 °C, y la humedad relativa entre el 30 % y el 70 %. La vibración mecánica durante el funcionamiento del equipo se simuló mediante una mesa vibratoria. Las dimensiones clave de las muestras se midieron trimestralmente con un interferómetro láser de alta precisión, y los datos se registraron continuamente durante 10 años.
Resultado experimental: La ventaja absoluta del granito
Diez años de datos experimentales demuestran que el sustrato de granito exhibe una estabilidad asombrosa. Su coeficiente de expansión térmica es extremadamente bajo, con un promedio de tan solo 4,6 × 10⁻⁶/℃. Bajo cambios drásticos de temperatura, la desviación dimensional se mantiene dentro de ±0,001 mm. Ante cambios de humedad, la densa estructura del granito lo hace prácticamente inafectado, sin que se produzcan cambios dimensionales mensurables. En un entorno de vibración mecánica, las excelentes características de amortiguación del granito absorben eficazmente la energía de la vibración, y la fluctuación dimensional es extremadamente pequeña.
En cambio, para el sustrato de hierro fundido, su coeficiente de expansión térmica promedio alcanza entre 11 × 10⁻⁶/℃ y 13 × 10⁻⁶/℃, y la desviación dimensional máxima causada por cambios de temperatura en un período de 10 años es de ±0,05 mm. En ambientes húmedos, el hierro fundido es propenso a la oxidación y la corrosión. Algunas muestras presentan deformación local, y la desviación dimensional aumenta aún más. Bajo la acción de la vibración mecánica, el hierro fundido presenta una baja capacidad de amortiguación de vibraciones y su tamaño fluctúa con frecuencia, lo que dificulta el cumplimiento de los requisitos de alta precisión de la inspección de obleas.
La razón esencial de la diferencia de estabilidad
El granito se formó a lo largo de cientos de millones de años mediante procesos geológicos. Su estructura interna es densa y uniforme, y sus cristales minerales presentan una disposición estable, eliminando así la tensión interna por naturaleza. Esto lo hace extremadamente insensible a los cambios de factores externos como la temperatura, la humedad y la vibración. El hierro fundido se fabrica mediante fundición y presenta defectos microscópicos, como poros y cavidades de arena en su interior. Por otro lado, la tensión residual generada durante la fundición tiende a provocar cambios dimensionales bajo la influencia del entorno externo. Las propiedades metálicas del hierro fundido lo hacen propenso a la oxidación debido a la humedad, lo que acelera el daño estructural y reduce la estabilidad dimensional.
El impacto en los equipos de inspección de obleas
Los equipos de inspección de obleas basados en sustrato de granito, gracias a su rendimiento dimensional estable, garantizan una alta precisión del sistema de inspección a largo plazo, reducen los errores de cálculo y las detecciones fallidas causadas por la desviación de la precisión del equipo y mejoran significativamente el rendimiento del producto. Además, su bajo mantenimiento reduce el coste total del ciclo de vida del equipo. Los equipos que utilizan sustratos de hierro fundido, debido a su baja estabilidad dimensional, requieren calibración y mantenimiento frecuentes. Esto no solo incrementa los costes operativos, sino que también puede afectar a la calidad de la producción de semiconductores debido a la precisión insuficiente, lo que puede generar pérdidas económicas.
Bajo la tendencia de la industria de semiconductores de buscar mayor precisión y mejor calidad, elegir granito como material base para el equipo de inspección de obleas es sin duda una decisión inteligente para garantizar el rendimiento del equipo y mejorar la competitividad de las empresas.
Hora de publicación: 14 de mayo de 2025