1. Maßgenauigkeit
Ebenheit: Die Oberfläche der Basis muss höchste Ebenheitsstandards erfüllen. Der Ebenheitsfehler darf in keinem Bereich von 100 mm × 100 mm ±0,5 µm überschreiten. Für die gesamte Basisfläche wird der Ebenheitsfehler auf ±1 µm begrenzt. Dies gewährleistet die stabile und präzise Montage und den Betrieb wichtiger Komponenten von Halbleiteranlagen, wie z. B. des Belichtungskopfes der Lithografieanlage und des Messtisches der Chip-Detektionsanlage. Dadurch werden die Genauigkeit des optischen Pfades und der Schaltungsverbindungen der Anlagen sichergestellt und Verschiebungen der Komponenten aufgrund einer unebenen Basis vermieden, welche die Genauigkeit der Halbleiterchip-Fertigung und -Detektion beeinträchtigen würden.
Geradheit: Die Geradheit jeder Kante der Basis ist entscheidend. In Längsrichtung darf der Geradheitsfehler ±1 µm pro Meter nicht überschreiten; der diagonale Geradheitsfehler wird auf ±1,5 µm begrenzt. Am Beispiel einer hochpräzisen Lithografiemaschine lässt sich dies verdeutlichen: Wenn sich der Tisch entlang der Führungsschiene der Basis bewegt, beeinflusst die Geradheit der Basiskanten direkt die Bahngenauigkeit des Tisches. Entspricht die Geradheit nicht den Vorgaben, wird das Lithografiemuster verzerrt und deformiert, was die Chipausbeute verringert.
Parallelität: Die Abweichung der Ober- und Unterseite der Basis muss innerhalb von ±1 µm liegen. Eine gute Parallelität gewährleistet die Stabilität des Gesamtschwerpunkts nach der Installation der Anlage und eine gleichmäßige Kraftverteilung auf alle Komponenten. Bei Halbleiterwafer-Fertigungsanlagen führt eine nicht parallele Ober- und Unterseite der Basis zu einer Verkippung des Wafers während der Bearbeitung. Dies beeinträchtigt die Prozessgleichmäßigkeit, beispielsweise beim Ätzen und Beschichten, und somit die Konsistenz der Chip-Performance.
Zweitens, Materialeigenschaften
Härte: Die Härte des Granit-Basismaterials sollte mindestens HS70 Shore betragen. Die hohe Härte widersteht effektiv dem Verschleiß durch häufige Bewegung und Reibung der Komponenten im Betrieb der Anlage und gewährleistet so die hohe Maßgenauigkeit der Basis auch nach langjährigem Einsatz. In der Chipverpackungsanlage greift der Roboterarm die Chips häufig und platziert sie auf der Basis. Die hohe Härte der Basis verhindert Kratzer auf der Oberfläche und gewährleistet die präzise Bewegung des Roboterarms.
Dichte: Die Materialdichte sollte zwischen 2,6 und 3,1 g/cm³ liegen. Eine geeignete Dichte gewährleistet eine hohe Stabilität des Sockels und somit die nötige Steifigkeit zur Unterstützung der Anlage. Dadurch werden Probleme bei der Installation und dem Transport aufgrund des Gewichts vermieden. Bei großen Halbleiterprüfgeräten trägt eine stabile Sockeldichte dazu bei, die Vibrationsübertragung während des Betriebs zu reduzieren und die Detektionsgenauigkeit zu verbessern.
Thermische Stabilität: Der lineare Ausdehnungskoeffizient liegt unter 5 × 10⁻⁶/°C. Halbleiteranlagen reagieren sehr empfindlich auf Temperaturänderungen, und die thermische Stabilität des Untergrunds beeinflusst direkt die Genauigkeit der Anlage. Während des Lithografieprozesses können Temperaturschwankungen eine Ausdehnung oder Kontraktion des Untergrunds verursachen, was zu Abweichungen in der Größe des Belichtungsmusters führt. Ein Granituntergrund mit niedrigem linearen Ausdehnungskoeffizienten minimiert die Größenänderung bei Betriebstemperaturänderungen der Anlage (üblicherweise 20–30 °C) und gewährleistet so die Lithografiegenauigkeit.
Drittens, Oberflächenqualität
Rauheit: Der Oberflächenrauheitswert Ra der Basis überschreitet 0,05 μm nicht. Die ultra-glatte Oberfläche reduziert die Adsorption von Staub und Verunreinigungen und minimiert so die Auswirkungen auf die Sauberkeit der Halbleiterfertigungsumgebung. In der staubfreien Fertigungshalle können kleine Partikel zu Defekten wie Kurzschlüssen führen. Die glatte Oberfläche der Basis trägt dazu bei, eine saubere Arbeitsumgebung zu erhalten und die Chipausbeute zu verbessern.
Mikroskopische Defekte: Die Oberfläche des Sockels darf keine sichtbaren Risse, Hohlräume, Poren oder sonstige Defekte aufweisen. Mikroskopisch betrachtet darf die Anzahl der Defekte mit einem Durchmesser von mehr als 1 μm pro Quadratzentimeter drei nicht überschreiten (elektronenmikroskopisch nachweisbar). Solche Defekte beeinträchtigen die strukturelle Festigkeit und Oberflächenebenheit des Sockels und somit die Stabilität und Genauigkeit des Geräts.
Viertens, Stabilität und Stoßfestigkeit
Dynamische Stabilität: In der simulierten Vibrationsumgebung, die durch den Betrieb von Halbleitergeräten entsteht (Vibrationsfrequenzbereich 10–1000 Hz, Amplitude 0,01–0,1 mm), muss die Vibrationsauslenkung wichtiger Befestigungspunkte auf dem Sockel innerhalb von ±0,05 μm liegen. Am Beispiel eines Halbleiterprüfgeräts lässt sich zeigen, dass die Genauigkeit des Messsignals beeinträchtigt werden kann, wenn während des Betriebs Eigenvibrationen des Geräts und Vibrationen der Umgebung auf den Sockel übertragen werden. Eine gute dynamische Stabilität gewährleistet zuverlässige Messergebnisse.
Erdbebensicherheit: Das Fundament muss über ausgezeichnete Erdbebensicherheit verfügen und die Schwingungsenergie bei plötzlichen externen Vibrationen (z. B. simulierten seismischen Wellen) schnell dämpfen können. Zudem muss sichergestellt sein, dass sich die relative Position der wichtigsten Anlagenkomponenten innerhalb von ±0,1 μm ändert. In Halbleiterfabriken in erdbebengefährdeten Gebieten schützen erdbebensichere Fundamente die teuren Halbleiteranlagen wirksam und reduzieren das Risiko von Anlagenschäden und Produktionsausfällen durch Vibrationen.
5. Chemische Stabilität
Korrosionsbeständigkeit: Die Granitbasis muss gegenüber den in der Halbleiterfertigung üblichen Chemikalien wie Flusssäure und Königswasser korrosionsbeständig sein. Nach 24-stündigem Einweichen in einer 40%igen Flusssäurelösung darf der Oberflächenqualitätsverlust 0,01 % nicht überschreiten. Nach 12-stündigem Einweichen in Königswasser (Volumenverhältnis Salzsäure zu Salpetersäure 3:1) sind keine sichtbaren Korrosionsspuren an der Oberfläche erkennbar. Da die Halbleiterfertigung verschiedene chemische Ätz- und Reinigungsprozesse umfasst, gewährleistet die hohe Korrosionsbeständigkeit der Basis, dass die Genauigkeit und die strukturelle Integrität auch bei langfristigem Einsatz in der chemischen Umgebung erhalten bleiben.
Anti-Pollution: Das Basismaterial weist eine extrem geringe Absorption von in der Halbleiterfertigung häufig vorkommenden Schadstoffen wie organischen Gasen und Metallionen auf. Selbst nach 72 Stunden in einer Umgebung mit 10 ppm organischen Gasen (z. B. Benzol, Toluol) und 1 ppm Metallionen (z. B. Kupfer-, Eisenionen) ist die durch die Adsorption von Schadstoffen an der Basisoberfläche verursachte Leistungsveränderung vernachlässigbar. Dadurch wird verhindert, dass Verunreinigungen von der Basisoberfläche in den Chipfertigungsbereich gelangen und die Chipqualität beeinträchtigen.
Veröffentlichungsdatum: 28. März 2025