Dans le domaine de la fabrication de semi-conducteurs, la précision des équipements d'inspection de plaquettes détermine directement la qualité et le rendement des puces. En tant que base des composants de détection, la stabilité dimensionnelle du matériau de base de l'équipement joue un rôle crucial dans sa performance opérationnelle à long terme. Le granit et la fonte sont deux matériaux de base couramment utilisés pour les équipements d'inspection de plaquettes. Une étude comparative menée sur dix ans a révélé des différences significatives en termes de stabilité dimensionnelle, fournissant des références importantes pour le choix de l'équipement.
Contexte et conception expérimentaux
Le processus de production de plaquettes de semi-conducteurs impose des exigences de précision de détection extrêmement élevées. Un écart dimensionnel, même de l'ordre du micromètre, peut entraîner une baisse des performances de la puce, voire sa mise au rebut. Afin d'étudier la stabilité dimensionnelle du granit et de la fonte lors d'une utilisation à long terme, l'équipe de recherche a conçu des expériences simulant des environnements de travail réels. Des échantillons de granit et de fonte de même spécification ont été sélectionnés et placés dans une enceinte climatique où la température variait de 15 °C à 35 °C et l'humidité relative de 30 % à 70 %. Les vibrations mécaniques pendant le fonctionnement de l'équipement ont été simulées grâce à une table vibrante. Les dimensions clés des échantillons ont été mesurées trimestriellement à l'aide d'un interféromètre laser de haute précision, et les données ont été enregistrées en continu pendant 10 ans.
Résultat expérimental : L'avantage absolu du granit
Dix années de données expérimentales démontrent une stabilité remarquable du substrat granitique. Son coefficient de dilatation thermique est extrêmement faible, atteignant en moyenne seulement 4,6 × 10⁻⁶/℃. En cas de variations importantes de température, l'écart dimensionnel est toujours maîtrisé à ± 0,001 mm. Face aux variations d'humidité, la structure dense du granit le rend quasiment insensible et aucune variation dimensionnelle mesurable n'apparaît. Dans un environnement de vibrations mécaniques, les excellentes caractéristiques d'amortissement du granit absorbent efficacement l'énergie vibratoire, et les fluctuations dimensionnelles sont extrêmement faibles.
En revanche, le coefficient de dilatation thermique moyen du substrat en fonte atteint 11 × 10⁻⁶/℃ - 13 × 10⁻⁶/℃, et l'écart dimensionnel maximal dû aux variations de température sur 10 ans est de ± 0,05 mm. En milieu humide, la fonte est sujette à la rouille et à la corrosion. Certains échantillons présentent des déformations locales, augmentant encore l'écart dimensionnel. Sous l'effet des vibrations mécaniques, la fonte présente de faibles performances d'amortissement des vibrations et ses dimensions fluctuent fréquemment, ce qui complique le respect des exigences de haute précision de l'inspection des plaquettes.
La raison essentielle de la différence de stabilité
Le granit s'est formé sur des centaines de millions d'années par des processus géologiques. Sa structure interne est dense et uniforme, et les cristaux minéraux sont disposés de manière stable, éliminant ainsi naturellement les contraintes internes. Cela le rend extrêmement insensible aux variations de facteurs externes tels que la température, l'humidité et les vibrations. La fonte est fabriquée par moulage et présente des défauts microscopiques tels que des pores et des trous de sable. Par ailleurs, les contraintes résiduelles générées lors du moulage sont susceptibles de provoquer des variations dimensionnelles sous l'effet de l'environnement extérieur. Les propriétés métalliques de la fonte la rendent sujette à la rouille due à l'humidité, accélérant les dommages structurels et réduisant sa stabilité dimensionnelle.
L'impact sur les équipements d'inspection des plaquettes
Les équipements d'inspection de plaquettes à base de substrat en granit, grâce à leurs performances dimensionnelles stables, garantissent une haute précision durable du système d'inspection, réduisent les erreurs de jugement et les détections manquées dues aux dérives de précision de l'équipement, et améliorent considérablement le rendement du produit. Parallèlement, leurs faibles besoins de maintenance réduisent le coût total de vie de l'équipement. Les équipements utilisant des substrats en fonte, en raison de leur faible stabilité dimensionnelle, nécessitent un étalonnage et une maintenance fréquents. Cela augmente non seulement les coûts d'exploitation, mais peut également affecter la qualité de la production de semi-conducteurs en raison d'une précision insuffisante, entraînant des pertes économiques potentielles.
Dans le cadre de la tendance de l'industrie des semi-conducteurs à rechercher une plus grande précision et une meilleure qualité, le choix du granit comme matériau de base pour les équipements d'inspection des plaquettes est sans aucun doute une décision judicieuse pour garantir les performances des équipements et améliorer la compétitivité des entreprises.
Date de publication : 14 mai 2025