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在半導體製造領域，晶圓檢測設備的精度直接決定了晶片的品質和良率。作為支撐核心檢測部件的基礎，設備基材的尺寸穩定性對設備的長期運作性能至關重要。花崗岩和鑄鐵是晶圓檢測設備常用的兩種基材。一項為期10年的對比研究表明，它們在尺寸穩定性方面存在顯著差異，為設備選型提供了重要參考。
實驗背景與設計
半導體晶圓的生產過程對檢測精度要求極高，即使是微米級的尺寸偏差也可能導致晶片性能下降甚至報廢。為了探究花崗岩和鑄鐵在長期使用過程中的尺寸穩定性，研究團隊設計了模擬真實工作環境的實驗。選取相同規格的花崗岩和鑄鐵樣品，置於溫度為15℃至35℃、濕度為30%至70%RH的環境箱中，透過振動台模擬設備運作過程中的機械振動。利用高精度雷射干涉儀每季對樣品的關鍵尺寸進行測量，並連續記錄10年的數據。
實驗結果：花崗岩的絕對優勢
十年的實驗數據表明，花崗岩基材展現出驚人的穩定性。其熱膨脹係數極低，平均僅4.6×10⁻⁶/℃。在劇烈的溫度變化下，尺寸偏差始終控制在±0.001毫米以內。面對濕度變化，花崗岩緻密的結構使其幾乎不受影響，不會發生可測量的尺寸變化。在機械振動環境中，花崗岩優異的阻尼特性有效吸收振動能量，尺寸波動極小。
而鑄鐵基體的平均熱膨脹係數達到11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃，10年內溫度變化所造成的最大尺寸偏差為±0.05mm。在潮濕環境下，鑄鐵易生鏽腐蝕，部分樣本出現局部變形，尺寸偏差進一步增加。在機械振動作用下，鑄鐵減振性能差，尺寸波動較大，難以滿足晶圓檢測的高精度要求。
穩定性差異的根本原因
花崗岩是經過億萬年地質作用形成的，其內部結構緻密均勻，礦物晶體排列穩定，天然消除了內部應力，這使得它對溫度、濕度、振動等外界因素的變化極其不敏感。鑄鐵採用鑄造製程製成，內部有氣孔、砂眼等微觀缺陷。同時，鑄造過程中產生的殘餘應力容易在外在環境的刺激下造成尺寸變化。鑄鐵的金屬特性使其容易因潮濕而生鏽，加速結構損壞，並降低尺寸穩定性。
對晶圓檢測設備的影響
基於花崗岩基板的晶圓檢測設備尺寸穩定性高，可確保檢測系統長期維持高精度，減少因設備精度漂移而導致的誤判與漏檢，顯著提高產品良率。同時，較低的維護需求降低了設備的全生命週期成本。而採用鑄鐵基板的設備由於尺寸穩定性差，需要頻繁校準和維護，這不僅增加了營運成本，還可能因精度不足而影響半導體生產質量，造成潛在的經濟損失。
在半導體產業追求更高精度、更高品質的趨勢下，選擇花崗岩作為晶圓檢測設備的基材無疑是保證設備性能、提升企業競爭力的明智之舉。號
發佈時間：2025年5月14日