في مجال تصنيع أشباه الموصلات، تؤثر نظافة بيئة الغرف النظيفة بشكل مباشر على معدل إنتاج الرقائق وأداء الشرائح. وقد تخلت جميع مصانع تصنيع الرقائق الخمسة الأولى في العالم عن استخدام مواد الحديد الزهر التقليدية واستبدلتها بمنصات من الجرانيت. ويكمن وراء هذا التحول السعي الحثيث نحو بيئة خالية من التلوث في الغرف النظيفة. وقد أثبتت منصات الجرانيت، بخصائصها الفريدة، مزايا لا مثيل لها في الغرف النظيفة، وأصبحت الخيار المفضل لمصانع تصنيع الرقائق.
"العيب القاتل" لمواد الحديد الزهر في الغرف النظيفة
كان للحديد الزهر، كمادة صناعية تقليدية، مزايا معينة في خصائصه الميكانيكية، إلا أنه يُعاني من مشاكل عديدة في بيئة غرف التنظيف الخاصة بصناعة أشباه الموصلات. أولًا، لا تتميز البنية المجهرية لسطح الحديد الزهر بالكثافة، إذ تحتوي على عدد كبير من المسامات والشقوق الدقيقة التي لا تُرى بالعين المجردة. وخلال التشغيل اليومي لغرف التنظيف، تُصبح هذه المسامات عرضةً لامتصاص الغبار وبقع الزيت والملوثات الكيميائية المختلفة، لتُصبح بذلك ملاذًا لمصادر التلوث. وبمجرد تراكم الملوثات، قد تتساقط وتلتصق بسطح الرقاقة أثناء عمليات تصنيعها الدقيقة، مما يُسبب مشاكل خطيرة في الجودة، مثل حدوث دوائر قصر أو دوائر مفتوحة في الشريحة.
ثانيًا، يتميز الحديد الزهر بثبات كيميائي ضعيف نسبيًا. خلال عملية تصنيع الرقائق، تُستخدم مواد كيميائية أكالة متنوعة مثل حمض الهيدروفلوريك وحمض الكبريتيك. ويُعدّ الحديد الزهر عرضةً للأكسدة والتآكل بفعل هذه المواد الكيميائية. ولا يقتصر تأثير الصدأ وأيونات المعادن الناتجة عن التآكل على تلويث بيئة الغرفة النظيفة فحسب، بل قد تتفاعل أيضًا مع المواد الموجودة على سطح الرقاقة، مما يُلحق الضرر بخصائصها الفيزيائية والكيميائية ويُقلل بشكل كبير من إنتاجية المنتج.
ميزة "انعدام التلوث" في منصات الجرانيت
يكمن السبب وراء تفضيل أكبر خمس مصانع لتصنيع رقائق السيليكون في العالم لمنصات الجرانيت في خاصية "انعدام التلوث" المتأصلة فيها. فالجرانيت حجر طبيعي تشكل عبر عمليات جيولوجية على مدى مئات الملايين من السنين. تتميز بلوراته المعدنية الداخلية بكثافة عالية وتجانس في البنية، ويكاد يخلو سطحه من المسام. تضمن هذه البنية الفريدة عدم امتصاصه للغبار والملوثات. حتى في ظل اضطرابات تدفق الهواء المتكررة وحركة الأفراد والمعدات في الغرفة النظيفة، يظل سطح منصة الجرانيت نظيفًا، مما يمنع تكاثر الملوثات وانتشارها.
يتميز الجرانيت بثباته الكيميائي الاستثنائي، إذ يتكون أساسًا من معادن مثل الكوارتز والفلسبار. يتمتع الجرانيت بخصائص كيميائية فائقة الثبات، ويكاد لا يتفاعل مع أي من الكواشف الكيميائية الشائعة. في بيئة تصنيع الرقائق المعقدة، تستطيع منصات الجرانيت التعامل بسهولة مع تآكل مختلف المواد المسببة للتآكل، دون توليد نواتج تآكل أو تلوث بأيونات المعادن، مما يوفر منصة أساسية آمنة ونظيفة لإنتاج الرقائق. علاوة على ذلك، فإن الجرانيت غير موصل للكهرباء ولا يولد شحنات كهربائية ساكنة، وبالتالي يتجنب خطر التلوث الناتج عن امتصاص جزيئات الغبار بواسطة الكهرباء الساكنة، مما يضمن جودة البيئة في الغرفة النظيفة.
اختيار المواد من منظور التكلفة والفائدة
على الرغم من أن التكلفة الأولية لشراء منصات الجرانيت أعلى نسبيًا من تكلفة منصات الحديد الزهر، إلا أن فوائدها الشاملة على المدى الطويل تفوق فرق التكلفة بكثير. فالتنظيف والصيانة المتكرران لمنصات الحديد الزهر بسبب مشاكل التلوث، فضلًا عن الخسائر الفادحة الناجمة عن ارتفاع معدلات عيوب المنتجات، أبقيا تكاليف الإنتاج الإجمالية مرتفعة. أما منصات الجرانيت، بفضل ميزتها الخالية من التلوث، فتُقلل بشكل ملحوظ من وتيرة التنظيف والصيانة في غرفة العمليات النظيفة، وتقلل من معدل عيوب المنتجات، وتخفض تكاليف التشغيل، وتعزز كفاءة الإنتاج وجودة المنتج. لنأخذ مصنعًا تبلغ طاقته الإنتاجية السنوية مليون رقاقة كمثال. بعد اعتماد منصات الجرانيت، يمكنه خفض الخسائر الناجمة عن التلوث بأكثر من عشرة ملايين يوان سنويًا، وبالتالي يكون العائد على الاستثمار كبيرًا جدًا.
تخلّت أكبر خمس شركات عالمية لتصنيع رقائق السيليكون عن استخدام الحديد الزهر، واختارت بدلاً منه منصات الجرانيت، وذلك بناءً على دراسة شاملة لمتطلبات بيئات غرف التنظيف وكفاءة الإنتاج. وتُوفّر ميزة انعدام التلوث لمنصات الجرانيت ضمانًا موثوقًا لإنتاج الرقائق، وتُسهم في دفع صناعة أشباه الموصلات نحو دقة أعلى ومعدلات إنتاجية أكبر. ومع التطور المستمر لتكنولوجيا أشباه الموصلات، من المتوقع أن تلعب منصات الجرانيت دورًا أكثر أهمية في صناعة رقائق السيليكون مستقبلًا.
تاريخ النشر: 14 مايو 2025