在半导体制造领域，晶圆检测设备的精度直接决定了芯片的质量和良率。作为支撑核心检测部件的基础，设备基材的尺寸稳定性对设备的长期运行性能至关重要。花岗岩和铸铁是晶圆检测设备常用的两种基材。一项为期10年的对比研究表明，它们在尺寸稳定性方面存在显著差异，为设备选型提供了重要参考。
实验背景和设计
半导体晶圆的生产过程对检测精度要求极高，即使是微米级的尺寸偏差也可能导致芯片性能下降甚至报废。为了探究花岗岩和铸铁在长期使用过程中的尺寸稳定性，研究团队设计了模拟真实工作环境的实验。选取相同规格的花岗岩和铸铁样品，置于温度为15℃至35℃、湿度为30%至70%RH的环境箱中，通过振动台模拟设备运行过程中的机械振动。利用高精度激光干涉仪每季度对样品的关键尺寸进行测量，并连续记录10年的数据。
实验结果：花岗岩的绝对优势
十年的实验数据表明，花岗岩基材展现出惊人的稳定性。其热膨胀系数极低，平均仅为4.6×10⁻⁶/℃。在剧烈的温度变化下，尺寸偏差始终控制在±0.001毫米以内。面对湿度变化，花岗岩致密的结构使其几乎不受影响，不会发生可测量的尺寸变化。在机械振动环境中，花岗岩优异的阻尼特性有效吸收振动能量，尺寸波动极小。
而铸铁基体的平均热膨胀系数达到11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃，10年内温度变化引起的最大尺寸偏差为±0.05mm。在潮湿环境下，铸铁易生锈腐蚀，部分样品出现局部变形，尺寸偏差进一步增大。在机械振动作用下，铸铁减振性能差，尺寸波动较大，难以满足晶圆检测的高精度要求。
稳定性差异的根本原因
花岗岩是经过亿万年地质作用形成的，其内部结构致密均匀，矿物晶体排列稳定，天然消除了内部应力，这使得它对温度、湿度、振动等外界因素的变化极其不敏感。铸铁采用铸造工艺制成，内部存在气孔、砂眼等微观缺陷。同时，铸造过程中产生的残余应力容易在外界环境的刺激下引起尺寸变化。铸铁的金属特性使其容易因潮湿而生锈，加速结构损坏，降低尺寸稳定性。
对晶圆检测设备的影响
基于花岗岩基板的晶圆检测设备尺寸稳定性高，可确保检测系统长期保持高精度，减少因设备精度漂移导致的误判和漏检，显著提高产品良率。同时，较低的维护需求降低了设备的全生命周期成本。而采用铸铁基板的设备由于尺寸稳定性差，需要频繁校准和维护，这不仅增加了运营成本，还可能因精度不足而影响半导体生产质量，造成潜在的经济损失。
在半导体行业追求更高精度、更高品质的趋势下，选择花岗岩作为晶圆检测设备的基材无疑是保证设备性能、提升企业竞争力的明智之举。
发布时间：2025年5月14日