وارد یک ویفر فاب یا یکمترولوژی نیمه هادیآزمایشگاه و متوجه چیزی می شوید که ربطی به سیلیکون ندارد: ماشین ها روی سنگ نشسته اند. نه میزهای مرمری برای نمایش - گرانیت استخراج شده واقعی، زمین مسطح تا کسری از میکرون، حمل ابزارهایی که ارزش بیشتری نسبت به ساختمان اطراف خود دارند. این یک جفت عجیب در نگاه اول است، یکی از قدیمیترین مصالح ساختمانی روی زمین که از پیشرفتهترین فناوریهای اندازهگیری که بشر ساخته است پشتیبانی میکند. اما دلایل آن تقریباً کاملاً مکانیکی است، نه زیبایی شناختی.
تلورانس های نانومتری جنبش نمی بخشد
فرآیندهای نیمهرسانای مدرن در اندازههای ویژگی که در نانومترهای تک رقمی-اندازهگیری میشوند، کار میکنند. ابزارهای اندازهشناسی روکش - تجهیزاتی که بررسی میکنند آیا یک لایه طرحدار روی ویفر بهدرستی با لایه زیر آن همخوانی دارد یا خیر - معمولاً به حل خطاهای موقعیتی کوچکتر از پهنای یک رشته DNA نیاز دارند. در این مقیاس، یک پلتفرم پایه که حرکت میکند، خم میشود، یا حتی کمی جابجا میشود، خطای اندازهگیری را ایجاد میکند که هیچ مقداری از جبران نرمافزار نمیتواند به طور کامل آن را اصلاح کند.
این مشکل اصلی است که گرانیت حل می کند. به این دلیل انتخاب نشده است که سنتی است یا به این دلیل که دقیق به نظر می رسد - انتخاب شده است زیرا ترکیبی از سفتی، انبساط حرارتی کم و میرایی داخلی آن دقیقاً به روش هایی که برای یک پلت فرم اندازه گیری ثابت اهمیت دارد بهتر از فلزات عمل می کند. یک سیستم CMM یا AOI (بازرسی نوری خودکار) نیازی به سبک بودن یا تغییر شکل دادن آن در سایت{3}} ندارد. باید ثابت بنشیند، صاف بماند، و سالها تحت استفاده مداوم، در اتاقی که خود سیستم انتقال هوا جریان هوا ضعیف اما ثابت و لرزش میکرو{- ایجاد میکند - بماند.
پایداری حرارتی در اتاقی که قرار است از قبل پایدار باشد
فابریک های نیمه هادی به دلیل کنترل محیطی تهاجمی - اتاق های تمیز که در کسری از درجه نگهداری می شوند، رطوبت به نوارهای محکم قفل شده معروف هستند. منطقی است که فرض کنیم در چنین محیط کنترل شده ای، انتخاب مواد پایه اهمیت کمتری دارد. در عمل، اغلب برعکس است. هنگامی که شرایط محیط از قبل به شدت کنترل می شود، منابع باقیمانده اختلال حرارتی به جای پوشاندن توسط نوسانات بزرگتر غالب می شوند: گرما از مراحل موتور، از اپراتورهایی که در نزدیکی ابزار ایستاده اند، از تجهیزات فرآیند مجاور که چرخه روشن و خاموش می شوند. یک پایه فلزی آن گرمای موضعی را به سرعت می گیرد و ساطع می کند. رسانایی حرارتی کم گرانیت به این معنی است که این بارهای کوچک و گذرا را بسیار آهسته تر جذب می کند و به طور موثر اختلالاتی را که در غیر این صورت به عنوان نویز اندازه گیری نشان داده می شوند، فیلتر می کند.
همچنین به همین دلیل است که یاتاقانهای هوای گرانیتی - راههای گرانیتی تخت را با هم ترکیب میکننداسلایدهای بلبرینگ هوا-- همچنان در سیستمهای مدیریت مرحله ویفر و شبکه{1}}معمول باقی میماند، حتی با وجود اینکه برخی از کاربردهای دقیق دیگر به سمت کامپوزیتهای عجیب و غریب تغییر کردهاند. یاتاقان هوا برای سوار شدن به سطح مرجع بسیار صاف و بسیار پایدار نیاز دارد. هر انحراف مستقیماً به عنوان خطای موقعیت یابی نشان داده می شود. گرانیت با صافی زیر{4}}میکرون به آن سطح مرجع بدون خزش و رانش حرارتی میدهد که یک روش فلزی میتواند طی سالها کار ایجاد کند.
میرایی در یک تاسیسات پر از ماشین آلات متحرک
یک طبقه عالی از نظر مکانیکی مکان آرامی نیست، حتی اگر از نظر صوتی-آرام باشد. کنترل کننده های ویفر، پمپ ها، چیلرها و ده ها ابزار دیگر همگی به طور همزمان کار می کنند و هر کدام لرزش ساختاری ضعیفی را در ساختمان ایجاد می کنند. ابزار اندازهگیری که روی پایههای گرانیتی قرار دارند، از انرژی ارتعاشی بالای میرایی داخلی مواد بهره میبرند که وارد گرانیت میشود، سریعتر از ساختار فولادی یا چدنی معادل آن متلاشی میشود، بنابراین هد اندازهگیری پس از هر گونه اختلال سریعتر در حالت قرائت پایدار قرار میگیرد. در محیطهای{5}}فاب مبتنی بر توان، جایی که یک ایستگاه اندازهشناسی ممکن است صدها ویفر را در هر شیفت بررسی کند، این زمان تهنشینی مستقیماً به زمان چرخه اضافه میشود.
جایی که گرانیت در ابزار نمایش داده می شود
در عمل، اجزای گرانیتی در چندین نقش متمایز در داخل تجهیزات نیمه هادی به جای یک پایه یکپارچه ظاهر می شوند:
پایهها و پلهای ماشینی برای CMM، سیستمهای AOI و ابزارهای اندازهشناسی پوششی، که مرجع ساختاری کل سیستم را فراهم میکند.
راههای حامل هوای گرانیتی{0}}برای مراحل ویفر و میزهای موقعیتیابی XY که صافی مستقیماً دقت موقعیتیابی را تعیین میکند.
صفحات سطحی که در هنگام مونتاژ ابزار و کالیبراسیون استفاده می شود - قبل از اینکه یک سیستم به کارخانه مشتری برسد، معمولاً در یک صفحه مرجع گرانیتی در محل خود سازنده تراز و تأیید می شود.
اجزای ساختاری برای ابزارهای بازرسی مبتنی بر لیزر، از جمله سیستمهای لیزر فمتوثانیه و پیکوثانیه، که در آن پایداری مسیر پرتو به صلبیت هر چیزی که اپتیک روی آن نصب شده است بستگی دارد.
نکته ای در مورد منبع یابی
همه گرانیت ها برای این نوع کارها معادل نیستند و این جایی است که خریداران گهگاه با مشکل مواجه می شوند. چگالی و ترکیب مواد معدنی به طور قابل توجهی بر اساس معدن متفاوت است، و برخی از تامین کنندگان ارزانتر، سنگ مرمر یا سنگهای درجه پایینتر را جایگزین میکنند، اما سختی و پایداری پایینتری دارند. برای کاربردهای نیمه هادی{4}}، ارقام چگالی در محدوده تقریباً 3000 کیلوگرم بر مترمکعب یا بیشتر، معمولی گرانیت سیاه با درجه بالا- واقعی است، و یک تامین کننده قانونی باید بتواند مستندات آزمایش مواد را ارائه دهد، نه فقط یک قطعه تمام شده.
شرکتهایی مانند UNPARALLELED که پایههای گرانیتی را بهطور خاص برای اندازهشناسی و تجهیزات نیمهرسانا تولید میکنند، معمولاً این اجزا را در تأسیسات کنترلشده آب و هوایی-دستگاه میزنند و میپندارند و صاف بودن را در برابر ابزارهای قابل ردیابی به مؤسسات ملی اندازهشناسی - تأیید میکنند، سطحی از کنترل فرآیند که برای این کاربرد گرانیت در تقریباً هر کاربرد دیگری در صنعت اهمیت بیشتری دارد.
همانطور که ویژگیهای تراشه کماکان کاهش مییابد، نیازهای مکانیکی روی پلتفرمهایی که اندازهگیری میکنند نیز سختتر میشوند. این یک یادآوری است که در ساخت{1}دقیق فوق العاده، پیشرفتهترین بخش سیستم گاهی قدیمیترین ماده موجود در آن است - فقط برش داده شده، آسیاب شده و تائید شده است که معادن باستانی هرگز مجبور به برآوردن آن نبودند.