تلورانس های تولید نیمه هادی بر حسب نانومتر اندازه گیری می شود. در این مقیاس، یک نوسان دما به اندازه کسری از درجه، یا یک ارتعاش بسیار کوچک که با دست احساس نمی شود، می تواند برای خارج کردن مرحله ویفر از تحمل کافی باشد. به همین دلیل است که علیرغم چندین دهه پیشرفت در مواد مهندسی شده، گرانیت یکی از رایج ترین مواد پایه سازه ای در تجهیزات لیتوگرافی نیمه هادی، بازرسی و اندازه گیری است.
دلایل آن به دو ویژگی فیزیکی مربوط می شود: رفتار حرارتی و میرایی ارتعاش.
پایداری حرارتی: چرا "آهسته در تغییر" ضربان "به سرعت بهبود می یابد"
هر ماده با دما منبسط و منقبض می شود و فلزات نیز از این قاعده مستثنی نیستند - در واقع، بیشتر فلزات ساختاری به میزان قابل توجهی بیشتر از سنگ در هر درجه تغییر دما منبسط می شوند. چیزی که گرانیت را به ویژه در تجهیزات دقیق مفید می کند فقط ضریب انبساط حرارتی پایین (CTE) نیست، بلکه این واقعیت است که دما را به آرامی و یکنواخت تغییر می دهد.
ریخته گری فلزی که در معرض یک منبع گرمای موضعی - یک موتور، یک منبع نور، یا به سادگی دست تکنسین - در آن ناحیه خاص نسبتاً سریع شروع به انبساط می کند و تغییر شکل ناهموار و موضعی ایجاد می کند. این اغلب به عنوان خطای گرادیان حرارتی توصیف میشود و یکی از سختترین منابع خطا برای جبران آن در سیستمهای دقیق است، زیرا ثابت نیست. در طول روز با تغییر شرایط محیطی تغییر می کند.
رسانایی حرارتی کم گرانیت به این معنی است که گرما در مواد بسیار کندتر منتشر می شود. به جای ایجاد یک نقطه داغ موضعی تیز، الفپایه گرانیتتمایل به میانگین تغییرات دما در سراسر جرم خود در یک دوره طولانی تر دارد و رفتار انبساط قابل پیش بینی تر و یکنواخت تری ایجاد می کند. در آزمایشگاه کنترلشده دما یا آزمایشگاه اندازهشناسی که در آن تغییرات محیطی قبلاً به شدت مدیریت میشود، این «تنگی حرارتی» به نفع تجهیزات عمل میکند - به این معنی که پایه نسبت به نوسانات کوچک و گذرا دما که به ناگزیر حتی در محیطهای کنترلشده رخ میدهد، واکنش بسیار کمتری دارد.
میرایی ارتعاش: جرم و ساختار داخلی
دومین مزیت اصلی میرایی ارتعاش است که گاهی اوقات به عنوان ظرفیت میرایی داخلی از آن یاد می شود. فرآیندهای نیمه هادی - به ویژه لیتوگرافی، بازرسی ویفر، و هر سیستمی که از تداخل سنجی لیزری استفاده می کند - بسیار حساس به ارتعاش در محدوده زیر-میکرون و نانومتر است. منابع ارتعاش در همه جای یک فابریک وجود دارد: سیستمهای HVAC، پمپها، تجهیزات نزدیک، ترافیک پیاده و حتی تشدید ساختمان از ترافیک بیرون.
ساختار معدنی کریستالی و در هم تنیده گرانیت انرژی مکانیکی را به طور موثرتری نسبت به ساختار یکنواخت و کشسان بیشتر فلزات جذب می کند. سازه های فلزی تمایل دارند ارتعاش را به طور موثر منتقل کنند - این ویژگی در برخی زمینه های مهندسی مفید است، اما یک تعهد در یک پلت فرم به منظور جداسازی اپتیک های حساس یا سرهای اندازه گیری از نویز محیط است. اصطکاک داخلی بالاتر گرانیت بین دانههای معدنی، بخشی از انرژی ارتعاشی را به جای عبور از ساختار به گرما تبدیل میکند، به این معنی که کمتر از آن ارتعاش به مرحله ویفر، مجموعه لنز یا کاوشگر اندازهگیری میرسد.
همراه با چگالی بالای گرانیت - اغلب در محدوده 2900 تا 3100 کیلوگرم بر مترمربع برای گریدهای گرانیت سیاه که معمولاً در این کاربردها استفاده میشود - این ماده همچنین جرم اینرسی قابلتوجهی را ارائه میکند که بیشتر حساسیت آن را به جابجایی یا تشدید توسط منابع ارتعاش خارجی کاهش میدهد.
جایی که این در عمل اهمیت دارد
این دو ویژگی - پایداری حرارتی و میرایی ارتعاش - دلیل رایج بودن پایهها و سکوهای گرانیتی در طیف گستردهای از-دستههای تجهیزات با دقت بالا است:
سیستمهای بازرسی ویفر و AOI (بازرسی نوری خودکار)، که در آنها دقت موقعیتیابی زیر{0} میکرون باید در طول دورههای بازرسی طولانی حفظ شود.
پلتفرمهای CMM (ماشین اندازهگیری مختصات)، که در آنها تکرارپذیری اندازهگیری به یک پایه پایدار و غیرواکنش- بستگی دارد
سیستمهای مبتنی بر لیزر، از جمله پلتفرمهای لیزر فمتوثانیه و پیکوثانیه، که در آن پایداری مسیر پرتو مستقیماً با پایداری ساختاری مرتبط است.
مراحل موتور خطی و جداول XY، که به پایه ای نیاز دارند که خطای موقعیت یابی خود را از طریق رانش حرارتی ایجاد نکند.
پیچ سرب و سیستمهای اندازهگیری راهنمای خطی، که برای تأیید صحت اجزای حرکتی قبل از ادغام در تجهیزات دیگر استفاده میشوند.
در بسیاری از این کاربردها، جزء گرانیتی فقط یک سطح نصب نیست - بلکه به تنهایی به عنوان مرجع اندازهشناسی عمل میکند، به این معنی که هرگونه ناپایداری ابعادی در پایه مستقیماً به خطای اندازهگیری در محصول نهایی تبدیل میشود.
یک تجارت مهندسی-خفیف، نه یک پاسخ جهانی
شایان ذکر است که گرانیت به طور خودکار انتخاب مناسبی برای هر کاربرد نیست. نسبت به جایگزین های مهندسی شده مانند ریخته گری مواد معدنی یا مواد کامپوزیتی خاص، سنگین تر و شکننده تر است و در هنگام حمل و نقل و نصب نیاز به حمل و نقل دقیق دارد. برای سازههای دروازهای بسیار بزرگ یا کاربردهایی که به کانالهای خنککننده داخلی پیچیده نیاز دارند، مواد مهندسی شده مانند بتن پلیمری (ریختهگری معدنی) یا فولاد جوش داده شده با ارتعاش-تصفیههای میرایی گاهی اوقات مزایای عملی دارند.
اما برای کاربردهایی که پایداری ابعادی در طول سالها کارکرد مداوم، همراه با عایقبندی ارتعاش غیرفعال قوی، اولویت - است و در جایی که هندسه پایه نسبتاً ساده است - گرانیت بر اساس هزینه-{3}}به سختی میتواند بر اساس عملکرد-{3}}غلبه کند، به همین دلیل است که همچنان در تجهیزات پیشدستی ظاهر میشود. چند دهه پس از اینکه مواد جایگزین به طور گسترده در دسترس قرار گرفتند، صنایع ماشین{4}}ابزار ابزار.
این مقاله بخشی از یک سری فنی در مورد انتخاب مواد برای سکوهای تجهیزات دقیق است. برای دادههای عملکرد حرارتی یا ارتعاشی خاص، طراحان تجهیزات باید بهجای تکیه بر مشخصات اسمی مواد، دادههای آزمایشی را که بر اساس استانداردهای اندازهگیری شناخته شده ارجاع داده شده است، درخواست کنند.