Im Zuge der Umstellung der Halbleiterindustrie auf nanoskalige Fertigungsprozesse werden beim Waferschneiden als zentralem Element der Chipherstellung extrem hohe Anforderungen an die Stabilität der Anlage gestellt. Die Granitbasis mit ihrer hervorragenden Vibrationsfestigkeit und thermischen Stabilität ist zu einem Kernbestandteil der Waferschneideanlage geworden und bietet eine zuverlässige Garantie für eine hochpräzise und effiziente Waferverarbeitung.
Hohe Dämpfungs- und Antivibrationseigenschaften: Gewährleistung einer Schnittgenauigkeit im Nanobereich
Beim Betrieb der Wafer-Schneidanlage beeinflussen die hohe Drehzahl der Spindel, die hochfrequenten Vibrationen des Schneidwerkzeugs und die Umgebungsvibrationen der umgebenden Anlage die Schneidgenauigkeit erheblich. Die Dämpfungsleistung herkömmlicher Metallsockel ist begrenzt, was eine schnelle Dämpfung der Vibrationen erschwert. Dies führt zu einem Zittern der Schneidwerkzeuge im Mikrometerbereich und direkt zu Defekten wie abgesplitterten Kanten und Rissen auf den Wafern. Die hohen Dämpfungseigenschaften des Granitsockels haben dieses Problem grundlegend gelöst.
Die inneren Mineralkristalle des Granits sind eng miteinander verwoben und bilden eine natürliche Energieableitungsstruktur. Wenn die Vibration auf die Basis übertragen wird, kann deren innere Mikrostruktur die Vibrationsenergie schnell in Wärmeenergie umwandeln, wodurch eine effiziente Vibrationsdämpfung erreicht wird. Experimentelle Daten zeigen, dass die Granitbasis unter denselben Vibrationsumgebungen die Vibrationsamplitude innerhalb von 0,5 Sekunden um mehr als 90 % dämpfen kann, während die Metallbasis 3 bis 5 Sekunden benötigt. Diese hervorragende Dämpfungsleistung stellt sicher, dass das Schneidwerkzeug während des Nanoschneidprozesses stabil bleibt, eine glatte Kante des Waferschnitts garantiert und die Absplitterungsrate effektiv reduziert wird. Beispielsweise können Geräte mit Granitbasis beim 5-nm-Waferschneidprozess die Absplitterungsgröße auf 10 μm genau steuern, was über 40 % höher ist als bei Geräten mit Metallbasis.
Ultraniedriger Wärmeausdehnungskoeffizient: Resistent gegen den Einfluss von Temperaturschwankungen
Während des Waferschneideprozesses können die durch die Reibung der Schneidwerkzeuge erzeugte Wärme, die Wärmeableitung durch den Dauerbetrieb der Anlage und Temperaturschwankungen in der Werkstattumgebung zu thermischen Verformungen der Anlagenkomponenten führen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient metallischer Werkstoffe ist relativ hoch (ca. 12 × 10⁻⁶/℃). Bei Temperaturschwankungen von 5 °C kann sich eine 1 Meter lange Metallbasis um 60 μm verformen, was zu einer Verschiebung der Schneidposition und damit zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Schneidgenauigkeit führt.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Granitbasis beträgt nur (4-8) × 10⁻⁶/℃ und ist damit weniger als ein Drittel des Koeffizienten von Metall. Bei gleicher Temperaturänderung ist die Dimensionsänderung nahezu vernachlässigbar. Messdaten eines Halbleiterherstellers zeigen, dass während eines 8-stündigen, kontinuierlichen, hochintensiven Waferschneidvorgangs und einer Umgebungstemperaturschwankung von 10 °C der Versatz der Schnittposition bei Geräten mit Granitbasis weniger als 20 μm beträgt, während der Versatz bei Geräten mit Metallbasis 60 μm übersteigt. Dieses stabile Wärmeverhalten stellt sicher, dass die relative Position zwischen Schneidwerkzeug und Wafer jederzeit präzise bleibt. Selbst bei langfristigem Dauerbetrieb oder drastischen Änderungen der Umgebungstemperatur bleibt die Schnittgenauigkeit konstant.
Steifigkeit und Verschleißfestigkeit: Gewährleisten den langfristig stabilen Betrieb der Geräte
Neben den Vorteilen der Vibrationsfestigkeit und thermischen Stabilität erhöhen die hohe Steifigkeit und Verschleißfestigkeit der Granitbasis die Zuverlässigkeit der Wafer-Schneidanlage zusätzlich. Granit hat eine Härte von 6 bis 7 auf der Mohs-Skala und eine Druckfestigkeit von über 120 MPa. Er hält dem enormen Druck und der Aufprallkraft während des Schneidvorgangs stand und neigt nicht zur Verformung. Seine dichte Struktur verleiht ihm zudem eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit. Selbst bei häufigen Schneidvorgängen verschleißt die Oberfläche der Basis nicht, was einen lang anhaltenden hochpräzisen Betrieb der Anlage gewährleistet.
In der Praxis haben viele Waferhersteller durch den Einsatz von Schneideanlagen mit Granitsockel ihre Produktausbeute und Produktionseffizienz deutlich verbessert. Daten einer weltweit führenden Gießerei zeigen, dass sich die Waferschneidleistung nach der Einführung von Granitsockelanlagen von 88 % auf über 95 % steigerte und der Wartungszyklus der Anlagen um das Dreifache verlängerte. Dies senkte die Produktionskosten und steigerte die Wettbewerbsfähigkeit.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Granitbasis mit ihrer hervorragenden Vibrationsfestigkeit, thermischen Stabilität, hohen Steifigkeit und Verschleißfestigkeit umfassende Leistungsgarantien für Waferschneideanlagen bietet. Mit der Weiterentwicklung der Halbleitertechnologie hin zu höherer Präzision werden Granitbasen in der Waferherstellung eine immer wichtigere Rolle spielen und die kontinuierliche innovative Entwicklung der Halbleiterindustrie fördern.
Veröffentlichungszeit: 20. Mai 2025