En el sector 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 que sustenta los componentes de detección principales, 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 de uso común para los equipos de inspección de obleas. Un estudio comparativo de 10 años ha revelado diferencias significativas entre ellos en cuanto a estabilidad dimensional, lo que proporciona información valiosa para la selección del equipo.
Antecedentes y diseño experimental
El proceso de producción de obleas semiconductoras exige una precisión de detección extremadamente alta. Incluso una desviación dimensional del orden de micrómetros puede provocar una disminución del rendimiento del chip o incluso su desecho. Para estudiar la estabilidad dimensional del granito y el hierro fundido durante su uso prolongado, el equipo de investigación diseñó experimentos que simulaban entornos de trabajo reales. Se seleccionaron muestras de granito y hierro fundido con las mismas especificaciones y se colocaron en una cámara ambiental donde la temperatura fluctuaba 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 de forma continua durante 10 años.
Resultado experimental: La ventaja absoluta del granito
Diez años de datos experimentales demuestran que el sustrato de granito presenta una estabilidad asombrosa. Su coeficiente de dilatación térmica es extremadamente bajo, con un promedio de tan solo 4,6 × 10⁻⁶/°C. Ante cambios bruscos de temperatura, la desviación dimensional se mantiene siempre dentro de ±0,001 mm. La densa estructura del granito lo hace prácticamente inalterable ante las variaciones de humedad, sin que se produzcan cambios dimensionales apreciables. En entornos con vibraciones mecánicas, las excelentes propiedades de amortiguación del granito absorben eficazmente la energía de vibración, y la fluctuación dimensional es mínima.
En cambio, para el sustrato de hierro fundido, su coeficiente de dilatación térmica promedio alcanza entre 11 × 10⁻⁶/℃ y 13 × 10⁻⁶/℃, y la desviación dimensional máxima causada por cambios de temperatura en 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 localizada, lo que incrementa aún más la desviación dimensional. Bajo la acción de vibraciones mecánicas, el hierro fundido tiene una baja capacidad de amortiguación de vibraciones y su tamaño fluctúa con frecuencia, lo que dificulta el cumplimiento de los requisitos de alta precisión para la inspección de obleas.
La razón fundamental de la diferencia en 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 los cristales minerales están dispuestos de forma estable, eliminando así la tensión interna de manera natural. Esto lo hace extremadamente insensible a los cambios en factores externos como la temperatura, la humedad y las vibraciones. El hierro fundido se fabrica mediante un proceso de fundición y presenta defectos microscópicos como poros y cavidades internas. Además, la tensión residual generada durante el proceso de fundición es propensa a causar cambios dimensionales bajo la acción 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 con sustrato de granito, gracias a su estabilidad dimensional, garantizan una alta precisión del sistema durante largos periodos, reducen los errores de diagnóstico y las detecciones fallidas causadas por la variación en la precisión del equipo, y mejoran significativamente el rendimiento del producto. Además, sus bajos requisitos de mantenimiento reducen el coste total de su ciclo de vida. Los equipos con sustratos de hierro fundido, debido a su escasa 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 por su precisión insuficiente, generando posibles pérdidas económicas.
En el marco de la tendencia de la industria de semiconductores hacia una mayor precisión y mejor calidad, elegir el granito como material base para los equipos de inspección de obleas es sin duda una decisión acertada para garantizar el rendimiento de los equipos y mejorar la competitividad de las empresas.
Fecha de publicación: 14 de mayo de 2025