Puolijohdevalmistuksen alalla kiekkojen tarkastuslaitteiden tarkkuus määrää suoraan sirujen laadun ja saannon. Laitteen perusmateriaalin mittapysyvyys, joka toimii perustana ydinten tunnistuskomponenteille, on ratkaisevan tärkeä laitteiden pitkän aikavälin toimintakyvyn kannalta. Graniitti ja valurauta ovat kaksi yleisesti käytettyä perusmateriaalia kiekkojen tarkastuslaitteissa. Kymmenen vuotta kestänyt vertailututkimus on paljastanut niiden väliset merkittävät erot mittapysyvyyden suhteen, mikä tarjoaa tärkeitä viitteitä laitteiden valintaan.
Kokeellinen tausta ja suunnittelu
Puolijohdekiekkojen tuotantoprosessilla on erittäin korkeat vaatimukset havaitsemistarkkuudelle. Jopa mikrometrin tason mittapoikkeama voi johtaa sirun suorituskyvyn heikkenemiseen tai jopa romuttumiseen. Tutkiakseen graniitin ja valuraudan mittapysyvyyttä pitkäaikaisessa käytössä tutkimusryhmä suunnitteli kokeita, jotka simuloivat todellisia työympäristöjä. Saman spesifikaation mukaisia graniitti- ja valurautanäytteitä valittiin ja asetettiin ympäristökaappiin, jossa lämpötila vaihteli 15 ℃:sta 35 ℃:een ja kosteus 30 %:sta 70 %:iin suhteellisesta kosteudesta. Laitteen käytön aikainen mekaaninen värähtely simuloitiin värähtelypöydän avulla. Näytteiden keskeiset mitat mitattiin neljännesvuosittain käyttämällä erittäin tarkkaa laserinterferometriä, ja tietoja tallennettiin jatkuvasti 10 vuoden ajan.
Kokeellinen tulos: Graniitin ehdoton etu
Kymmenen vuoden kokeelliset tiedot osoittavat, että graniittialusta on erittäin vakaa. Sen lämpölaajenemiskerroin on erittäin alhainen, keskimäärin vain 4,6 × 10⁻⁶/℃. Äärimmäisissä lämpötilan muutoksissa mittapoikkeama pysyy aina ±0,001 mm:n tarkkuudella. Kosteuden muutoksissa graniitin tiheän rakenteensa ansiosta se pysyy lähes muuttumattomana, eikä mitattavissa olevia mittamuutoksia tapahdu. Mekaanisessa värähtelyympäristössä graniitin erinomaiset vaimennusominaisuudet absorboivat tehokkaasti värähtelyenergiaa, ja mittavaihtelu on erittäin pieni.
Valurauta-alustalla sen sijaan sen keskimääräinen lämpölaajenemiskerroin on 11 × 10⁻⁶/℃ - 13 × 10⁻⁶/℃, ja lämpötilan muutosten aiheuttama suurin mittapoikkeama 10 vuoden aikana on ±0,05 mm. Kosteassa ympäristössä valurauta on altis ruostumiselle ja korroosiolle. Joissakin näytteissä näkyy paikallisia muodonmuutoksia, ja mittapoikkeama kasvaa entisestään. Mekaanisen värähtelyn vaikutuksesta valuraudan tärinänvaimennuskyky on heikko ja sen koko vaihtelee usein, mikä vaikeuttaa kiekkojen tarkastuksen korkeiden tarkkuusvaatimusten täyttämistä.
Keskeinen syy vakauseroille
Graniitti muodostui satojen miljoonien vuosien aikana geologisten prosessien kautta. Sen sisäinen rakenne on tiivis ja tasainen, ja mineraalikiteet ovat vakaasti järjestäytyneet, mikä poistaa luonnostaan sisäisen jännityksen. Tämä tekee siitä erittäin epäherkän ulkoisten tekijöiden, kuten lämpötilan, kosteuden ja tärinän, muutoksille. Valurauta valmistetaan valamalla, ja sen sisällä on mikroskooppisia vikoja, kuten huokosia ja hiekkareikiä. Samaan aikaan valuprosessin aikana syntyvä jäännösjännitys on altis aiheuttamaan mittamuutoksia ulkoisen ympäristön vaikutuksesta. Valuraudan metalliset ominaisuudet tekevät siitä alttiin ruostumiselle kosteuden vuoksi, mikä kiihdyttää rakenteellisia vaurioita ja heikentää mittapysyvyyttä.
Vaikutus kiekkojen tarkastuslaitteisiin
Graniittipohjaisille kiekkojen tarkastuslaitteille on ominaista vakaa mittatarkkuus, joka varmistaa tarkastusjärjestelmän tarkkuuden pitkällä aikavälillä. Laitteiden tarkkuuspoikkeamista johtuvat virhearvioinnit ja havaitsemisvirheet vähenevät, ja tuotteiden saanto paranee merkittävästi. Samaan aikaan alhaiset huoltotarpeet alentavat laitteiden koko elinkaaren aikaisia kustannuksia. Valurautaisia alustoja käyttävät laitteet vaativat heikon mittapysyvyyden vuoksi usein kalibrointia ja huoltoa. Tämä ei ainoastaan lisää käyttökustannuksia, vaan voi myös vaikuttaa puolijohdetuotannon laatuun riittämättömän tarkkuuden vuoksi, mikä voi aiheuttaa taloudellisia tappioita.
Puolijohdeteollisuuden pyrkiessä suurempaan tarkkuuteen ja parempaan laatuun graniitin valitseminen kiekkojen tarkastuslaitteiden perusmateriaaliksi on epäilemättä viisas siirto laitteiden suorituskyvyn varmistamiseksi ja yritysten kilpailukyvyn parantamiseksi.
Julkaisun aika: 14.5.2025