Dans le contexte de la transition de l'industrie des semi-conducteurs vers des procédés de fabrication à l'échelle nanométrique, la découpe des plaquettes, maillon essentiel de la fabrication des puces, est soumise à des exigences extrêmement strictes en matière de stabilité des équipements. Le socle en granit, grâce à son excellente résistance aux vibrations et à sa stabilité thermique, est devenu un composant central des équipements de découpe de plaquettes, garantissant ainsi un traitement des plaquettes de haute précision et à haut rendement.
Caractéristiques d'amortissement et d'antivibration élevées : Garantit une précision de coupe nanométrique
Lors du fonctionnement d'une machine de découpe de plaquettes, la rotation à grande vitesse de la broche, les vibrations à haute fréquence de l'outil de coupe et les vibrations environnementales générées par les équipements environnants ont toutes un impact significatif sur la précision de coupe. Les performances d'amortissement des socles métalliques traditionnels étant limitées, il est difficile d'atténuer rapidement les vibrations, ce qui entraîne des vibrations de l'ordre du micron au niveau des outils de coupe et provoque directement des défauts tels que des ébréchures et des fissures sur les plaquettes. Les caractéristiques d'amortissement élevées du socle en granit ont permis de résoudre fondamentalement ce problème.
Les cristaux minéraux internes du granit sont étroitement imbriqués, formant une structure naturelle de dissipation d'énergie. Lorsque les vibrations sont transmises à la base, sa microstructure interne convertit rapidement l'énergie vibratoire en énergie thermique, assurant ainsi une atténuation efficace des vibrations. Les données expérimentales montrent que, dans les mêmes conditions vibratoires, une base en granit atténue l'amplitude des vibrations de plus de 90 % en 0,5 seconde, contre 3 à 5 secondes pour une base métallique. Cette performance d'amortissement exceptionnelle garantit la stabilité de l'outil de coupe lors du processus de découpe à l'échelle nanométrique, assurant ainsi une découpe nette des plaquettes et réduisant efficacement le taux d'écaillage. Par exemple, lors de la découpe de plaquettes de 5 nm, un équipement à base en granit permet de contrôler la taille des écaillures à moins de 10 µm, soit plus de 40 % de mieux qu'un équipement à base métallique.
Coefficient de dilatation thermique ultra-faible : résistant aux variations de température
Lors du processus de découpe de plaquettes, la chaleur générée par le frottement des outils de coupe, la dissipation thermique due au fonctionnement prolongé de l'équipement et les variations de température ambiante peuvent toutes provoquer une déformation thermique des composants. Le coefficient de dilatation thermique des matériaux métalliques est relativement élevé (environ 12 × 10⁻⁶/°C). Une fluctuation de température de 5 °C peut entraîner une déformation de 60 µm sur une base métallique d'un mètre de long, provoquant un décalage de la zone de coupe et affectant gravement la précision de la découpe.
Le coefficient de dilatation thermique du socle en granit n'est que de (4-8) × 10⁻⁶/°C, soit moins du tiers de celui des matériaux métalliques. À variation de température égale, sa variation dimensionnelle est quasiment négligeable. Les données mesurées chez un fabricant de semi-conducteurs montrent que lors d'une opération de découpe de plaquettes à haute intensité et en continu pendant 8 heures, avec une fluctuation de température ambiante de 10 °C, le décalage de la position de coupe de l'équipement à socle en granit est inférieur à 20 µm, tandis que celui de l'équipement à socle métallique dépasse 60 µm. Cette stabilité thermique garantit la précision du positionnement relatif entre l'outil de coupe et la plaquette en permanence. Même en cas de fonctionnement continu prolongé ou de variations importantes de la température ambiante, la précision de coupe reste constante.
Rigidité et résistance à l'usure : Garantissent le fonctionnement stable et durable de l'équipement
Outre ses avantages en termes de résistance aux vibrations et de stabilité thermique, la grande rigidité et la résistance à l'usure du socle en granit renforcent la fiabilité de l'équipement de découpe de plaquettes. Le granit possède une dureté de 6 à 7 sur l'échelle de Mohs et une résistance à la compression supérieure à 120 MPa. Il supporte les pressions et les impacts considérables subis lors de la découpe et ne se déforme pas. Par ailleurs, sa structure dense lui confère une excellente résistance à l'usure. Même lors d'opérations de découpe fréquentes, la surface du socle reste intacte, garantissant ainsi un fonctionnement de haute précision et durable de l'équipement.
Dans la pratique, de nombreuses entreprises de fabrication de plaquettes ont considérablement amélioré leur rendement et leur efficacité de production en adoptant des équipements de découpe à socle en granit. Les données d'une fonderie leader mondiale montrent qu'après l'introduction de ces équipements, le rendement de découpe des plaquettes est passé de 88 % à plus de 95 %, le cycle de maintenance des équipements a triplé, ce qui a permis de réduire efficacement les coûts de production et d'améliorer la compétitivité sur le marché.
En conclusion, le socle en granit, grâce à son excellente résistance aux vibrations, sa stabilité thermique, sa grande rigidité et sa résistance à l'usure, offre des garanties de performance complètes pour les équipements de découpe de plaquettes. Avec les progrès de la technologie des semi-conducteurs vers une précision accrue, les socles en granit joueront un rôle de plus en plus important dans la fabrication des plaquettes, favorisant ainsi le développement innovant et continu de l'industrie des semi-conducteurs.
Date de publication : 20 mai 2025