المتطلبات الفنية لقواعد الجرانيت لمعدات أشباه الموصلات.

1. دقة الأبعاد
الاستواء: يجب أن يصل استواء سطح القاعدة إلى مستوى عالٍ جدًا، ويجب ألا يتجاوز خطأ الاستواء ±0.5 ميكرومتر في أي مساحة 100 مم × 100 مم؛ ويتم التحكم في خطأ الاستواء لكامل مستوى القاعدة في حدود ±1 ميكرومتر. هذا يضمن ثبات تركيب وتشغيل المكونات الرئيسية لمعدات أشباه الموصلات، مثل رأس التعريض لمعدات الطباعة الحجرية وطاولة المسبار لمعدات كشف الرقاقة، على مستوى عالي الدقة، مما يضمن دقة المسار البصري وتوصيلات الدوائر للمعدات، ويجنب انحراف إزاحة المكونات الناتج عن عدم استواء مستوى القاعدة، والذي يؤثر على تصنيع رقاقة أشباه الموصلات ودقة الكشف.
الاستقامة: يُعد استقامة كل حافة من حواف القاعدة أمرًا بالغ الأهمية. في اتجاه الطول، يجب ألا يتجاوز خطأ الاستقامة ±1 ميكرومتر لكل متر؛ ويُتحكم في خطأ الاستقامة القطرية في حدود ±1.5 ميكرومتر. على سبيل المثال، عند تحريك الطاولة على طول سكة التوجيه للقاعدة، يؤثر استقامة حافة القاعدة بشكل مباشر على دقة مسار الطاولة. إذا لم تكن الاستقامة مطابقة للمعايير، فسيتشوه نمط الطباعة الحجرية ويؤدي إلى انخفاض إنتاجية تصنيع الرقائق.
التوازي: يجب التحكم في خطأ التوازي بين السطحين العلوي والسفلي للقاعدة في حدود ±1 ميكرومتر. يضمن التوازي الجيد استقرار مركز الثقل الكلي بعد تركيب الجهاز، وتساوي قوة كل مكون. في معدات تصنيع رقائق أشباه الموصلات، إذا لم يكن السطحان العلوي والسفلي للقاعدة متوازيين، فإن الرقاقة ستميل أثناء المعالجة، مما يؤثر على تجانس العمليات مثل الحفر والطلاء، وبالتالي على ثبات أداء الشريحة.
ثانياً، خصائص المواد
الصلابة: يجب أن تصل صلابة مادة قاعدة الجرانيت إلى صلابة شور HS70 أو أعلى. تتميز هذه الصلابة العالية بمقاومة عالية للتآكل الناتج عن الحركة المتكررة واحتكاك المكونات أثناء تشغيل الجهاز، مما يضمن الحفاظ على دقة عالية للقاعدة بعد الاستخدام طويل الأمد. في معدات تغليف الرقائق، يلتقط ذراع الروبوت الرقائق ويضعها على القاعدة بشكل متكرر، مما يضمن عدم تعرض السطح للخدوش بسهولة، ويحافظ على دقة حركة ذراع الروبوت.
الكثافة: يجب أن تتراوح كثافة المادة بين 2.6 و3.1 غ/سم³. تضمن الكثافة المناسبة ثباتًا عاليًا للقاعدة، مما يضمن صلابة كافية لدعم الجهاز، ويجنبه صعوبات في تركيبه ونقله بسبب وزنه الزائد. في معدات فحص أشباه الموصلات الكبيرة، تساعد كثافة القاعدة المستقرة على تقليل انتقال الاهتزازات أثناء التشغيل، وتحسين دقة الكشف.
الاستقرار الحراري: معامل التمدد الخطي أقل من 5×10⁻⁶/℃. معدات أشباه الموصلات حساسة جدًا لتغيرات درجة الحرارة، ويرتبط الاستقرار الحراري للقاعدة ارتباطًا مباشرًا بدقة المعدات. أثناء عملية الطباعة الحجرية، قد تتسبب تقلبات درجة الحرارة في تمدد القاعدة أو انكماشها، مما يؤدي إلى انحراف في حجم نمط التعريض. يمكن لقاعدة الجرانيت ذات معامل التمدد الخطي المنخفض التحكم في تغير الحجم ضمن نطاق ضيق جدًا عند تغير درجة حرارة تشغيل المعدات (عادةً ما بين 20 و30 درجة مئوية) لضمان دقة الطباعة الحجرية.
ثالثا، جودة السطح
الخشونة: لا تتجاوز قيمة خشونة سطح القاعدة (Ra) 0.05 ميكرومتر. يُقلل السطح فائق النعومة من امتصاص الغبار والشوائب، ويُقلل من تأثيره على نظافة بيئة تصنيع رقائق أشباه الموصلات. في ورشة تصنيع الرقائق الخالية من الغبار، قد تُسبب الجسيمات الصغيرة عيوبًا مثل قصر الدائرة الكهربائية، بينما يُساعد السطح الأملس للقاعدة على الحفاظ على بيئة نظيفة في الورشة وتحسين إنتاجية الرقائق.
العيوب المجهرية: يُمنع ظهور أي شقوق أو ثقوب رملية أو مسام أو أي عيوب أخرى على سطح القاعدة. على المستوى المجهري، يجب ألا يتجاوز عدد العيوب التي يزيد قطرها عن ميكرومتر واحد لكل سنتيمتر مربع 3 عيوب باستخدام المجهر الإلكتروني. تؤثر هذه العيوب على قوة هيكل القاعدة واستواء سطحها، ومن ثم على استقرار ودقة الجهاز.
رابعا، الاستقرار ومقاومة الصدمات
الاستقرار الديناميكي: في بيئة الاهتزاز المُحاكاة الناتجة عن تشغيل معدات أشباه الموصلات (نطاق تردد الاهتزاز 10-1000 هرتز، وسعة 0.01-0.1 مم)، يجب التحكم في إزاحة اهتزاز نقاط التثبيت الرئيسية على القاعدة ضمن ±0.05 ميكرومتر. على سبيل المثال، في حالة انتقال اهتزاز الجهاز نفسه واهتزاز البيئة المحيطة إلى القاعدة أثناء التشغيل، فقد تتداخل دقة إشارة الاختبار. يضمن الاستقرار الديناميكي الجيد نتائج اختبار موثوقة.
مقاومة الزلازل: يجب أن تتمتع القاعدة بأداء زلزالي ممتاز، وأن تُخفف بسرعة طاقة الاهتزاز عند تعرضها لاهتزازات خارجية مفاجئة (مثل اهتزازات محاكاة الموجات الزلزالية)، وتضمن أن يتغير الموقع النسبي للمكونات الرئيسية للمعدات في حدود ±0.1 ميكرومتر. في مصانع أشباه الموصلات في المناطق المعرضة للزلازل، تُوفر القواعد المقاومة للزلازل حماية فعالة لمعدات أشباه الموصلات باهظة الثمن، مما يُقلل من خطر تلف المعدات وتعطل الإنتاج بسبب الاهتزازات.
5. الاستقرار الكيميائي
مقاومة التآكل: يجب أن تتحمل قاعدة الجرانيت تآكل المواد الكيميائية الشائعة في عملية تصنيع أشباه الموصلات، مثل حمض الهيدروفلوريك والماء الملكي (الأكوا ريجيا)، وغيرها. بعد النقع في محلول حمض الهيدروفلوريك بنسبة كتلة 40% لمدة 24 ساعة، يجب ألا يتجاوز معدل فقدان جودة السطح 0.01%؛ يُنقع في الماء الملكي (نسبة حجم حمض الهيدروكلوريك إلى حمض النيتريك 3:1) لمدة 12 ساعة، دون أي آثار تآكل واضحة على السطح. تتضمن عملية تصنيع أشباه الموصلات مجموعة متنوعة من عمليات الحفر والتنظيف الكيميائي، وتضمن مقاومة القاعدة الجيدة للتآكل عدم تآكلها للاستخدام طويل الأمد في البيئة الكيميائية، مع الحفاظ على دقة وسلامة الهيكل.
مقاومة للتلوث: تتميز المادة الأساسية بامتصاص منخفض للغاية للملوثات الشائعة في بيئة تصنيع أشباه الموصلات، مثل الغازات العضوية والأيونات المعدنية، وغيرها. عند وضعها في بيئة تحتوي على 10 أجزاء في المليون من الغازات العضوية (مثل البنزين والتولوين) وجزء واحد في المليون من الأيونات المعدنية (مثل أيونات النحاس والحديد) لمدة 72 ساعة، يكون التغير في الأداء الناتج عن امتصاص الملوثات على سطح القاعدة ضئيلاً للغاية. هذا يمنع انتقال الملوثات من سطح القاعدة إلى منطقة تصنيع الرقاقة والتأثير على جودتها.