Im Zuge der Umstellung der Halbleiterindustrie auf Nanotechnologie-Fertigungsprozesse stellt das Waferschneiden als Schlüsselschritt in der Chipherstellung extrem hohe Anforderungen an die Anlagenstabilität. Die Granitbasis mit ihrer herausragenden Vibrationsfestigkeit und thermischen Stabilität ist zu einer Kernkomponente von Waferschneidanlagen geworden und gewährleistet zuverlässig eine hochpräzise und hocheffiziente Waferbearbeitung.
Hohe Dämpfungs- und Antivibrationseigenschaften: Gewährleistung einer Schnittgenauigkeit im Nanometerbereich
Beim Betrieb von Wafer-Schneidemaschinen beeinflussen die hohe Drehzahl der Spindel, die hochfrequenten Vibrationen des Schneidwerkzeugs und die von den umliegenden Anlagen erzeugten Umgebungsvibrationen die Schnittgenauigkeit erheblich. Die Dämpfungseigenschaften herkömmlicher Metallgestelle sind begrenzt, wodurch Vibrationen nur schwer schnell abgebaut werden können. Dies führt zu einem minimalen Werkzeugzittern im Mikrometerbereich und verursacht direkt Defekte wie Ausbrüche und Risse an den Wafern. Die hohe Dämpfungseigenschaft des Granitgestells löst dieses Problem grundlegend.
Die inneren Mineralkristalle des Granits sind eng miteinander verwoben und bilden eine natürliche Energiedissipationsstruktur. Wenn Vibrationen auf die Basis übertragen werden, kann deren innere Mikrostruktur die Vibrationsenergie schnell in Wärmeenergie umwandeln und so eine effiziente Vibrationsdämpfung erreichen. Experimentelle Daten zeigen, dass die Granitbasis unter gleichen Vibrationsbedingungen die Vibrationsamplitude innerhalb von 0,5 Sekunden um mehr als 90 % reduzieren kann, während die Metallbasis 3 bis 5 Sekunden benötigt. Diese hervorragende Dämpfungsleistung gewährleistet die Stabilität des Schneidwerkzeugs während des Nanometer-Schneidprozesses, garantiert eine glatte Schnittkante beim Wafer-Schneiden und reduziert die Ausbruchrate effektiv. Beispielsweise kann beim 5-nm-Wafer-Schneiden mit einer Anlage mit Granitbasis die Ausbruchgröße unter 10 µm gehalten werden, was einer Steigerung von über 40 % gegenüber Anlagen mit Metallbasis entspricht.
Extrem niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient: Unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen
Beim Wafer-Schneiden können die durch die Reibung der Schneidwerkzeuge erzeugte Wärme, die Wärmeabgabe im Langzeitbetrieb der Anlage und Temperaturschwankungen in der Werkstattumgebung zu thermischen Verformungen der Anlagenkomponenten führen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient metallischer Werkstoffe ist relativ hoch (ca. 12 × 10⁻⁶/°C). Bei einer Temperaturschwankung von 5 °C kann sich ein 1 Meter langer Metallsockel um 60 μm verformen, was zu einer Verschiebung der Schnittposition und einer erheblichen Beeinträchtigung der Schnittgenauigkeit führt.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Granitbasis beträgt lediglich (4–8) × 10⁻⁶/℃ und ist damit weniger als ein Drittel desjenigen von Metallen. Bei gleicher Temperaturänderung ist die Dimensionsänderung daher nahezu vernachlässigbar. Messdaten eines Halbleiterherstellers zeigen, dass bei einem achtstündigen, kontinuierlichen Wafer-Schneidvorgang mit hoher Intensität und einer Umgebungstemperaturschwankung von 10 °C die Schnittpositionsabweichung der Anlage mit Granitbasis unter 20 µm liegt, während sie bei der Anlage mit Metallbasis 60 µm übersteigt. Dieses stabile thermische Verhalten gewährleistet, dass die relative Position zwischen Schneidwerkzeug und Wafer jederzeit präzise bleibt. Selbst bei langfristigem Dauerbetrieb oder drastischen Umgebungstemperaturänderungen bleibt die Schnittgenauigkeit konstant.
Steifigkeit und Verschleißfestigkeit: Gewährleisten den langfristig stabilen Betrieb der Geräte
Neben den Vorteilen der Vibrationsfestigkeit und thermischen Stabilität tragen die hohe Steifigkeit und Verschleißfestigkeit des Granitsockels zusätzlich zur Zuverlässigkeit der Wafer-Schneideanlage bei. Granit weist eine Mohshärte von 6 bis 7 und eine Druckfestigkeit von über 120 MPa auf. Er hält dem enormen Druck und den Stoßkräften während des Schneidprozesses stand und ist formstabil. Gleichzeitig verleiht ihm seine dichte Struktur eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit. Selbst bei häufigen Schneidvorgängen zeigt die Oberfläche des Sockels kaum Verschleiß, sodass die Anlage über lange Zeit präzise arbeitet.
In der Praxis konnten viele Waferhersteller ihre Produktausbeute und Produktionseffizienz durch den Einsatz von Schneidanlagen mit Granitsockel deutlich steigern. Daten eines weltweit führenden Foundry-Unternehmens belegen, dass sich die Ausbeute beim Waferschneiden nach der Einführung von Anlagen mit Granitsockel von 88 % auf über 95 % erhöhte, der Wartungszyklus der Anlagen um das Dreifache verlängert wurde und somit die Produktionskosten effektiv gesenkt und die Wettbewerbsfähigkeit am Markt gestärkt wurde.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Granitbasis mit ihrer hervorragenden Vibrationsfestigkeit, thermischen Stabilität, hohen Steifigkeit und Verschleißfestigkeit umfassende Leistungsgarantien für Wafer-Schneidemaschinen bietet. Mit dem Fortschritt der Halbleitertechnologie hin zu höherer Präzision werden Granitbasen in der Waferfertigung eine immer wichtigere Rolle spielen und die kontinuierliche innovative Entwicklung der Halbleiterindustrie fördern.
Veröffentlichungsdatum: 20. Mai 2025