In der Halbleiterfertigung wirkt sich die Sauberkeit der Reinraumumgebung direkt auf die Ausbeute der Waferproduktion und die Leistung der Chips aus. Die fünf weltweit führenden Waferfabriken haben alle auf traditionelle Gusseisenmaterialien verzichtet und sind auf Granitplattformen umgestiegen. Hinter dieser Umstellung steht das Streben nach einer schadstofffreien Umgebung in Reinräumen. Granitplattformen haben mit ihren besonderen Eigenschaften beispiellose Vorteile in Reinräumen bewiesen und sind zum neuen Favoriten der Waferfabriken geworden.
Der „fatale Defekt“ von Gusseisenwerkstoffen in Reinräumen
Gusseisen, ein traditionelles Industriematerial, hatte einst gewisse Vorteile hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften, bringt jedoch in der Halbleiter-Reinraumumgebung viele Probleme mit sich. Erstens ist die Oberflächenmikrostruktur von Gusseisen nicht dicht und weist zahlreiche Poren und winzige Risse auf, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Im täglichen Reinraumbetrieb neigen diese Poren dazu, Staub, Ölflecken und verschiedene chemische Schadstoffe zu adsorbieren und werden so zu Verstecken für Verschmutzungsquellen. Sobald sich Verunreinigungen während der präzisen Waferherstellung ansammeln, können sie abfallen und an der Oberfläche des Wafers haften bleiben, was zu schwerwiegenden Qualitätsproblemen wie Kurzschlüssen und Unterbrechungen im Chip führt.
Zweitens weist Gusseisen eine relativ geringe chemische Stabilität auf. Bei der Waferherstellung kommen verschiedene korrosive Chemikalien wie Flusssäure und Schwefelsäure zum Einsatz. Durch die Einwirkung dieser chemischen Substanzen neigt Gusseisen zu Oxidations- und Korrosionsreaktionen. Der durch die Korrosion entstehende Rost und die Metallionen verschmutzen nicht nur die Reinraumumgebung, sondern können auch chemische Reaktionen mit den Materialien auf der Waferoberfläche eingehen, wodurch die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Wafer beeinträchtigt und die Produktausbeute deutlich reduziert wird.
Die „Null-Schadstoff“-Eigenschaft von Granitplattformen
Der Grund, warum Granitplattformen von den fünf weltweit führenden Waferherstellern bevorzugt werden, liegt in ihrer inhärenten „Null-Schadstoff“-Eigenschaft. Granit ist ein Naturstein, der durch geologische Prozesse über Hunderte von Millionen von Jahren entstanden ist. Seine inneren Mineralkristalle sind eng kristallisiert, die Struktur ist dicht und gleichmäßig, und die Oberfläche weist nahezu keine Poren auf. Diese einzigartige Struktur stellt sicher, dass sich weder Staub noch Verunreinigungen ansammeln. Selbst bei häufigen Luftströmungsstörungen und der ständigen Aktivität von Personal und Geräten im Reinraum bleibt die Oberfläche der Granitplattform sauber, wodurch die Entstehung und Verbreitung von Verunreinigungen verhindert wird.
Granit weist eine außergewöhnlich hohe chemische Stabilität auf. Seine Hauptbestandteile sind Mineralien wie Quarz und Feldspat. Er ist chemisch äußerst stabil und reagiert kaum mit gängigen chemischen Reagenzien. In der komplexen chemischen Umgebung der Waferherstellung können Granitplattformen die Erosion durch verschiedene korrosive Reagenzien problemlos bewältigen, ohne Korrosionsprodukte oder Metallionenverschmutzung zu erzeugen. So bieten sie eine sichere und saubere Basisplattform für die Waferproduktion. Granit ist zudem nichtleitend und erzeugt keine statische Elektrizität. Dadurch wird das Verschmutzungsrisiko durch statische Elektrizität, die Staubpartikel adsorbiert, vermieden und die Umweltqualität des Reinraums weiter gewährleistet.
Materialauswahl unter Kosten-Nutzen-Gesichtspunkten
Obwohl die Anschaffungskosten von Granitplattformen im Vergleich zu Gusseisenplattformen relativ höher sind, überwiegen die langfristigen Vorteile diese Kosten bei weitem. Die häufige Reinigung und Wartung von Gusseisenplattformen aufgrund von Umweltverschmutzung sowie die enormen Verluste durch die gestiegene Produktfehlerrate haben die Gesamtproduktionskosten hoch gehalten. Die Granitplattform mit ihrem Vorteil der Schadstofffreiheit reduziert die Reinigungs- und Wartungshäufigkeit im Reinraum und die Produktfehlerrate deutlich, senkt die Betriebskosten und verbessert die Produktionseffizienz und Produktqualität. Nehmen wir als Beispiel eine Fabrik mit einer jährlichen Produktionskapazität von einer Million Wafern. Durch den Einsatz von Granitplattformen können die durch Umweltverschmutzung verursachten Verluste jährlich um über zehn Millionen Yuan reduziert werden, und die Kapitalrendite ist sehr beträchtlich.
Die fünf weltweit führenden Waferhersteller haben aufgrund umfassender Überlegungen zu Reinraumumgebungen und Produktionseffizienz auf Gusseisen verzichtet und sich stattdessen für Granitplattformen entschieden. Der Vorteil der umweltfreundlichen Granitplattformen bietet eine zuverlässige Garantie für die Waferproduktion und ermöglicht eine präzisere und effizientere Halbleiterfertigung. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Halbleitertechnologie werden Granitplattformen in der zukünftigen Waferproduktion eine immer wichtigere Rolle spielen.
Veröffentlichungszeit: 14. Mai 2025