في مجال تصنيع أشباه الموصلات، تُحدد دقة معدات فحص الرقاقات جودةَ وإنتاجيةَ الرقاقات بشكل مباشر. وباعتبارها الأساس الذي يدعم مكونات الكشف الأساسية، يلعب الثبات البُعدي للمادة الأساسية للمعدات دورًا حاسمًا في الأداء التشغيلي طويل الأمد للمعدات. يُعد الجرانيت والحديد الزهر مادتين أساسيتين شائعتي الاستخدام في معدات فحص الرقاقات. وقد كشفت دراسة مقارنة استمرت عشر سنوات عن اختلافات جوهرية بينهما من حيث الثبات البُعدي، مما يوفر مراجع مهمة لاختيار المعدات.
الخلفية التجريبية والتصميم
تتطلب عملية إنتاج رقائق أشباه الموصلات دقة كشف عالية للغاية. حتى انحراف بُعدي بمستوى ميكرومتر واحد قد يؤدي إلى انخفاض أداء الشريحة أو حتى تلفها. لاستكشاف ثبات أبعاد الجرانيت والحديد الزهر أثناء الاستخدام طويل الأمد، صمم فريق البحث تجارب تحاكي بيئات العمل الحقيقية. اختيرت عينات من الجرانيت والحديد الزهر بنفس المواصفات ووُضعت في حجرة بيئية تراوحت درجة حرارتها بين 15 و35 درجة مئوية، ورطوبة نسبية بين 30% و70%. تمت محاكاة الاهتزاز الميكانيكي أثناء تشغيل الجهاز من خلال طاولة اهتزاز. قيست الأبعاد الرئيسية للعينات كل ثلاثة أشهر باستخدام مقياس تداخل ليزري عالي الدقة، وسُجلت البيانات باستمرار لمدة عشر سنوات.
النتيجة التجريبية: الميزة المطلقة للجرانيت
تُظهر عشر سنوات من البيانات التجريبية أن ركيزة الجرانيت تتميز بثبات مذهل. معامل التمدد الحراري منخفض للغاية، بمتوسط 4.6×10⁻⁶/℃ فقط. في ظل التغيرات الحادة في درجات الحرارة، يتم التحكم في الانحراف البعدي دائمًا ضمن ±0.001 مم. في مواجهة تغيرات الرطوبة، فإن البنية الكثيفة للجرانيت تجعله شبه غير متأثر، ولا تحدث أي تغيرات أبعادية قابلة للقياس. في بيئة الاهتزاز الميكانيكي، تمتص خصائص التخميد الممتازة للجرانيت طاقة الاهتزاز بفعالية، ويكون التقلب البعدي ضئيلًا للغاية.
في المقابل، بالنسبة لركيزة الحديد الزهر، يتراوح متوسط معامل التمدد الحراري لها بين 11×10⁻⁶/℃ و13×10⁻⁶/℃، ويبلغ أقصى انحراف بُعدي ناتج عن تغيرات درجة الحرارة خلال عشر سنوات ±0.05 مم. في البيئات الرطبة، يكون الحديد الزهر عرضة للصدأ والتآكل. تُظهر بعض العينات تشوهات موضعية، ويزداد الانحراف البُعدي. تحت تأثير الاهتزازات الميكانيكية، يُعاني الحديد الزهر من ضعف في امتصاص الاهتزازات، ويتقلب حجمه باستمرار، مما يُصعّب تلبية متطلبات الدقة العالية لفحص الرقاقات.
السبب الأساسي وراء اختلاف الاستقرار
تشكل الجرانيت على مدى مئات الملايين من السنين عبر عمليات جيولوجية. يتميز ببنيته الداخلية الكثيفة والمتجانسة، وبلوراته المعدنية مرتبة بثبات، مما يُزيل الإجهاد الداخلي بطبيعته. هذا يجعله شديد الحساسية للتغيرات في العوامل الخارجية مثل درجة الحرارة والرطوبة والاهتزاز. يُصنع الحديد الزهر بعملية الصب، ويحتوي على عيوب مجهرية مثل المسامات وثقوب الرمل. في الوقت نفسه، فإن الإجهاد المتبقي الناتج عن عملية الصب يكون عرضة للتسبب في تغيرات في الأبعاد تحت تأثير البيئة الخارجية. تجعله خصائصه المعدنية عرضة للصدأ بسبب الرطوبة، مما يُسرع من تلف الهيكل ويُقلل من ثبات الأبعاد.
التأثير على معدات فحص الرقاقة
بفضل أدائها البُعدي المستقر، تضمن معدات فحص الرقاقات المصنوعة من ركيزة الجرانيت الحفاظ على دقة عالية لنظام الفحص لفترة طويلة، وتقليل الأخطاء في التقدير والكشف غير الدقيق الناتج عن انحراف دقة المعدات، وتحسين إنتاجية المنتج بشكل ملحوظ. في الوقت نفسه، تُقلل متطلبات الصيانة المنخفضة من تكلفة دورة حياة المعدات. تتطلب المعدات التي تستخدم ركائز الحديد الزهر، نظرًا لضعف ثبات أبعادها، معايرة وصيانة متكررة. هذا لا يزيد فقط من تكاليف التشغيل، بل قد يؤثر أيضًا على جودة إنتاج أشباه الموصلات بسبب ضعف الدقة، مما قد يُسبب خسائر اقتصادية محتملة.
في ظل اتجاه صناعة أشباه الموصلات نحو تحقيق دقة أعلى وجودة أفضل، فإن اختيار الجرانيت كمادة أساسية لمعدات فحص الرقاقة يعد بلا شك خطوة حكيمة لضمان أداء المعدات وتعزيز القدرة التنافسية للمؤسسات.
وقت النشر: ١٤ مايو ٢٠٢٥