المتطلبات الفنية لقواعد الجرانيت لمعدات أشباه الموصلات.

1. دقة الأبعاد
الاستواء: يجب أن يصل استواء سطح القاعدة إلى مستوى عالٍ جدًا، وألا يتجاوز خطأ الاستواء ±0.5 ميكرومتر في أي منطقة مساحتها 100 مم × 100 مم؛ أما بالنسبة لسطح القاعدة بأكمله، فيتم التحكم في خطأ الاستواء ضمن نطاق ±1 ميكرومتر. يضمن هذا إمكانية تركيب وتشغيل المكونات الرئيسية لمعدات أشباه الموصلات، مثل رأس التعريض الضوئي لمعدات الطباعة الحجرية وطاولة الفحص لمعدات الكشف عن الرقائق، بثبات على سطح عالي الدقة، مما يضمن دقة المسار البصري وتوصيل الدوائر في المعدات، ويتجنب انحراف إزاحة المكونات الناتج عن عدم استواء سطح القاعدة، والذي يؤثر على دقة تصنيع رقائق أشباه الموصلات والكشف عنها.
الاستقامة: تُعد استقامة كل حافة من حواف القاعدة أمرًا بالغ الأهمية. يجب ألا يتجاوز خطأ الاستقامة في اتجاه الطول ±1 ميكرومتر لكل متر، بينما يُضبط خطأ الاستقامة القطري ضمن نطاق ±1.5 ميكرومتر. على سبيل المثال، في آلة الطباعة الحجرية عالية الدقة، عندما تتحرك الطاولة على طول سكة توجيه القاعدة، تؤثر استقامة حافة القاعدة بشكل مباشر على دقة مسار الطاولة. إذا لم تكن الاستقامة مطابقة للمعايير، فسيتشوه نمط الطباعة الحجرية، مما يؤدي إلى انخفاض إنتاجية تصنيع الرقائق.
التوازي: يجب ضبط خطأ التوازي بين السطحين العلوي والسفلي للقاعدة ضمن نطاق ±1 ميكرومتر. يضمن التوازي الجيد استقرار مركز الثقل الكلي بعد تركيب الجهاز، وتوزيع القوة بالتساوي على جميع المكونات. في معدات تصنيع رقائق أشباه الموصلات، إذا لم يكن السطحان العلوي والسفلي للقاعدة متوازيين، ستميل الرقاقة أثناء التصنيع، مما يؤثر على تجانس العمليات مثل الحفر والطلاء، وبالتالي يؤثر على اتساق أداء الشريحة.
ثانيًا، خصائص المواد
الصلابة: يجب أن تصل صلابة قاعدة الجرانيت إلى 70 درجة على مقياس شور أو أعلى. تضمن هذه الصلابة العالية مقاومة فعّالة للتآكل الناتج عن الحركة والاحتكاك المتكررين للمكونات أثناء تشغيل المعدات، مما يحافظ على دقة أبعاد القاعدة حتى بعد الاستخدام طويل الأمد. في معدات تغليف الرقائق، يقوم ذراع الروبوت بالتقاط الرقائق ووضعها على القاعدة بشكل متكرر، وتضمن الصلابة العالية للقاعدة عدم تعرض سطحها للخدوش والحفاظ 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 يوفر صلابة كافية لدعم المعدات، ويجنبها صعوبة التركيب والنقل بسبب الوزن الزائد. في معدات فحص أشباه الموصلات الكبيرة، تُسهم كثافة القاعدة الثابتة في تقليل انتقال الاهتزازات أثناء التشغيل، وتحسين دقة الكشف.
الاستقرار الحراري: معامل التمدد الخطي أقل من 5×10⁻⁶/درجة مئوية. تُعدّ أجهزة أشباه الموصلات حساسة للغاية لتغيرات درجة الحرارة، ويرتبط الاستقرار الحراري للقاعدة ارتباطًا مباشرًا بدقة الجهاز. أثناء عملية الطباعة الحجرية، قد تتسبب تقلبات درجة الحرارة في تمدد القاعدة أو انكماشها، مما يؤدي إلى انحراف في حجم نمط التعريض. تُمكّن قاعدة الجرانيت ذات معامل التمدد الخطي المنخفض من التحكم في تغير الحجم ضمن نطاق ضيق جدًا عند تغير درجة حرارة تشغيل الجهاز (عادةً 20-30 درجة مئوية) لضمان دقة الطباعة الحجرية.
ثالثًا، جودة السطح
الخشونة: لا تتجاوز قيمة خشونة السطح (Ra) على القاعدة 0.05 ميكرومتر. يساهم السطح فائق النعومة في تقليل امتصاص الغبار والشوائب، وبالتالي تقليل تأثيرها على نظافة بيئة تصنيع رقائق أشباه الموصلات. في ورش تصنيع الرقائق الخالية من الغبار، قد تؤدي الجسيمات الصغيرة إلى عيوب مثل قصر الدائرة في الرقاقة، ويساعد السطح الأملس للقاعدة في الحفاظ على بيئة نظيفة في الورشة وتحسين إنتاجية الرقائق.
العيوب المجهرية: يجب ألا يحتوي سطح القاعدة على أي شقوق مرئية، أو ثقوب رملية، أو مسامات، أو أي عيوب أخرى. على المستوى المجهري، يجب ألا يتجاوز عدد العيوب التي يزيد قطرها عن 1 ميكرومتر لكل سنتيمتر مربع 3 عيوب عند فحصها بالمجهر الإلكتروني. ستؤثر هذه العيوب على متانة القاعدة الهيكلية واستواء سطحها، وبالتالي على استقرار الجهاز ودقته.
رابعًا، الثبات ومقاومة الصدمات
الاستقرار الديناميكي: في بيئة الاهتزاز المحاكاة الناتجة عن تشغيل معدات أشباه الموصلات (نطاق تردد الاهتزاز 10-1000 هرتز، سعة الاهتزاز 0.01-0.1 مم)، يجب التحكم في إزاحة الاهتزاز لنقاط التثبيت الرئيسية على القاعدة ضمن نطاق ±0.05 ميكرومتر. على سبيل المثال، في معدات اختبار أشباه الموصلات، إذا انتقلت اهتزازات الجهاز نفسه واهتزازات البيئة المحيطة إلى القاعدة أثناء التشغيل، فقد تتأثر دقة إشارة الاختبار. يضمن الاستقرار الديناميكي الجيد نتائج اختبار موثوقة.
مقاومة الزلازل: يجب أن تتمتع القاعدة بأداء زلزالي ممتاز، وأن تكون قادرة على امتصاص طاقة الاهتزاز بسرعة عند تعرضها لاهتزاز خارجي مفاجئ (مثل اهتزاز محاكاة الموجات الزلزالية)، وأن تضمن عدم تغير الموضع النسبي للمكونات الرئيسية للمعدات ضمن نطاق ±0.1 ميكرومتر. في مصانع أشباه الموصلات الواقعة في المناطق المعرضة للزلازل، يمكن للقواعد المقاومة للزلازل حماية معدات أشباه الموصلات باهظة الثمن بشكل فعال، مما يقلل من خطر تلف المعدات وتعطل الإنتاج بسبب الاهتزاز.
5. الثبات الكيميائي
مقاومة التآكل: يجب أن تتحمل قاعدة الجرانيت تآكل المواد الكيميائية الشائعة في عملية تصنيع أشباه الموصلات، مثل حمض الهيدروفلوريك والماء الملكي. بعد نقعها في محلول حمض الهيدروفلوريك بتركيز 40% لمدة 24 ساعة، يجب ألا تتجاوز نسبة فقدان جودة السطح 0.01%. وبعد نقعها في الماء الملكي (بنسبة حجمية لحمض الهيدروكلوريك إلى حمض النيتريك 3:1) لمدة 12 ساعة، لا تظهر أي آثار واضحة للتآكل على السطح. تتضمن عملية تصنيع أشباه الموصلات العديد من عمليات التخريش والتنظيف الكيميائي، وتضمن مقاومة القاعدة الجيدة للتآكل عدم تآكلها مع الاستخدام طويل الأمد في البيئة الكيميائية، مع الحفاظ على دقتها وسلامتها الهيكلية.
مقاومة التلوث: تتميز المادة الأساسية بانخفاض امتصاصها للملوثات الشائعة في بيئة تصنيع أشباه الموصلات، مثل الغازات العضوية وأيونات المعادن، وغيرها. فعند وضعها في بيئة تحتوي على 10 جزء في المليون من الغازات العضوية (مثل البنزين والتولوين) وجزء واحد في المليون من أيونات المعادن (مثل أيونات النحاس والحديد) لمدة 72 ساعة، يكون التغير في الأداء الناتج عن امتصاص الملوثات على سطح المادة الأساسية ضئيلاً للغاية. وهذا يمنع انتقال الملوثات من سطح المادة الأساسية إلى منطقة تصنيع الرقائق، وبالتالي يحافظ على جودة الرقائق.