Dehnt sich der Maschinensockel aus Granit aufgrund der Hitze beim Wafer-Scannen aus?

Beim Wafer-Scannen, einem Schlüsselelement der Chipherstellung, ist die Genauigkeit der Ausrüstung ausschlaggebend für die Qualität des Chips. Da es sich hierbei um eine wichtige Komponente der Ausrüstung handelt, hat das Problem der Wärmeausdehnung des Granit-Maschinensockels große Aufmerksamkeit erregt.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Granit liegt üblicherweise zwischen 4 und 8 × 10⁻⁶/℃ und ist damit deutlich niedriger als der von Metallen und Marmor. Das bedeutet, dass sich seine Größe bei Temperaturänderungen relativ wenig ändert. Allerdings ist zu beachten, dass eine geringe Wärmeausdehnung nicht gleichbedeutend mit keiner Wärmeausdehnung ist. Bei extremen Temperaturschwankungen kann selbst die geringste Ausdehnung die nanoskalige Genauigkeit des Wafer-Scannings beeinträchtigen.

Beim Wafer-Scannen kann es zu Wärmeausdehnungen kommen. Temperaturschwankungen in der Werkstatt, die durch den Betrieb der Gerätekomponenten erzeugte Wärme und die durch die Laserbearbeitung entstehenden hohen Temperaturen führen dazu, dass sich die Granitbasis aufgrund von Temperaturschwankungen ausdehnt und zusammenzieht. Durch die Wärmeausdehnung der Basis können die Geradheit der Führungsschiene und die Ebenheit der Plattform abweichen, was zu einer ungenauen Bewegungsbahn des Wafertisches führt. Auch die tragenden optischen Komponenten verschieben sich, wodurch der Scanstrahl abweicht. Durch längeres Arbeiten häufen sich Fehler an, was die Genauigkeit zunehmend verschlechtert.

Aber keine Sorge. Es gibt bereits Lösungen. Als Materialien werden Granitadern mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgewählt und einer Alterungsbehandlung unterzogen. Die Temperaturregelung in der Werkstatt wird präzise auf 23 ± 0,5 °C oder sogar darunter geregelt. Zusätzlich wird eine aktive Wärmeableitung für den Sockel entwickelt. Die Konstruktion setzt auf symmetrische Strukturen und flexible Stützen. Temperatursensoren überwachen die Konstruktion in Echtzeit. Fehler durch thermische Verformung werden dynamisch durch Algorithmen korrigiert.

Hochwertige Geräte wie Lithografiemaschinen von ASML halten durch diese Methoden den Wärmeausdehnungseffekt der Granitbasis extrem gering, wodurch die Wafer-Scan-Genauigkeit im Nanometerbereich liegt. Daher ist die Granitbasis bei richtiger Kontrolle eine zuverlässige Wahl für Wafer-Scan-Geräte.