Под строгим захтевима високе прецизности и високе поузданости у полупроводничкој индустрији, иако је гранит један од основних материјала, његова својства такође доносе одређена ограничења. Следећи су његови главни недостаци и изазови у практичној примени:
Прво, материјал је веома крхак и тешко га је обрадити
Ризик од пуцања: Гранит је у суштини природни камен са природним микропукотинама и границама минералних честица унутра, и типичан је крхки материјал. Код ултрапрецизне обраде (као што је брушење на наноразмери и обрада сложених закривљених површина), ако је сила неравномерна или су параметри обраде неодговарајући, склони су проблемима попут крзања и ширења микропукотина, што доводи до ломљења радног предмета.
Ниска ефикасност обраде: Да би се избегао крхки лом, потребни су посебни поступци као што су брушење малом брзином дијамантским брусним точковима и магнетореолошко полирање. Циклус обраде је 30% до 50% дужи од циклуса обраде металних материјала, а трошкови улагања у опрему су високи (на пример, цена петоосног центра за обраду прелази 10 милиона јуана).
Ограничења сложених структура: Тешко је произвести шупље лагане структуре ливењем, ковањем и другим процесима. Углавном се користи у једноставним геометријским облицима као што су плоче и основе, а његова примена је ограничена код опреме која захтева неправилне носаче или унутрашњу интеграцију цевовода.
Друго, велика густина доводи до великог оптерећења опреме
Тешко за руковање и постављање: Густина гранита је приближно 2,6-3,0 г/цм³, а његова тежина је 1,5-2 пута већа од ливеног гвожђа при истој запремини. На пример, тежина гранитне основе за фотолитографску машину може достићи 5 до 10 тона, што захтева посебну опрему за дизање и темеље отпорне на ударце, што повећава трошкове изградње фабрике и постављања опреме.
Кашњење динамичког одзива: Велика инерција ограничава убрзање покретних делова опреме (као што су роботи за пренос плочица). У сценаријима где је потребно брзо покретање и заустављање (као што је опрема за инспекцију великом брзином), то може утицати на ритам производње и смањити ефикасност.
Треће, трошкови поправке и поновног увођења су високи
Кварове је тешко поправити: Ако се током употребе догоди хабање површине или оштећење услед судара, потребно је вратити производ у фабрику на поправку помоћу професионалне опреме за брушење, што се не може брзо решити на лицу места. Насупрот томе, металне компоненте се могу одмах поправити методама као што су тачкасто заваривање и ласерско облагање, што резултира краћим застојем.
Циклус итерације пројектовања је дуг: Разлике у природним гранитним жилама могу изазвати благе флуктуације у својствима материјала (као што су коефицијент термичког ширења и коефицијент пригушења) различитих серија. Ако се дизајн опреме промени, својства материјала треба поново ускладити, а циклус верификације истраживања и развоја је релативно дуг.
Iv. Ограничени ресурси и еколошки изазови
Природни камен је необновљив: Висококвалитетни гранит (као што су „Јинан зелени“ и „сезам црни“ који се користе у полупроводницима) ослања се на специфичне жиле, има ограничене резерве и његово рударство је ограничено политикама заштите животне средине. Са ширењем индустрије полупроводника, може постојати ризик од нестабилног снабдевања сировинама.
Проблеми загађења током обраде: Током процеса сечења и брушења производи се велика количина гранитне прашине (која садржи силицијум диоксид). Ако се не рукује правилно, може изазвати силикозу. Штавише, отпадне воде треба третирати седиментацијом пре испуштања, што повећава улагања у заштиту животне средине.
Пет. Недовољна компатибилност са новим процесима
Ограничења вакуумског окружења: Неки полупроводнички процеси (као што су вакуумско премазивање и литографија електронским снопом) захтевају одржавање високог вакуума унутар опреме. Међутим, микропоре на површини гранита могу да адсорбују молекуле гаса, који се полако ослобађају и утичу на стабилност степена вакуума. Стога је неопходан додатни третман површинског згушњавања (као што је импрегнација смолом).
Проблеми електромагнетне компатибилности: Гранит је изолациони материјал. У сценаријима где је потребно пражњење статичког електрицитета или електромагнетна заштита (као што су платформе за електростатичку адсорпцију на плочицама), потребно је направити мешавину металних премаза или проводних филмова, што повећава структурну сложеност и трошкове.
Стратегија одговора индустрије
Упркос горе поменутим недостацима, полупроводничка индустрија је делимично надокнадила недостатке гранита кроз технолошке иновације:
Дизајн композитне структуре: Усваја комбинацију „гранитне основе + металног оквира“, узимајући у обзир и крутост и лакоћу (на пример, одређени произвођач фотолитографских машина уграђује структуру саћа од алуминијумске легуре у гранитну основу, смањујући тежину за 40%).
Вештачки синтетички алтернативни материјали: Развити керамичке матрични композити (као што је силицијум-карбидна керамика) и вештачко камење на бази епоксидне смоле како би се симулирала термичка стабилност и отпорност гранита на вибрације, уз истовремено побољшање флексибилности обраде.
Интелигентна технологија обраде: Увођењем вештачке интелигенције (AI) алгоритама за оптимизацију путање обраде, симулацијом напона за предвиђање ризика од пукотина и комбиновањем онлајн детекције за подешавање параметара у реалном времену, стопа отпада при обради је смањена са 5% на испод 1%.
Резиме
Недостаци гранита у полупроводничкој индустрији у суштини произилазе из игре између његових природних својстава материјала и индустријских захтева. Са напретком технологије и развојем алтернативних материјала, његови сценарији примене могу се постепено смањити ка „незаменљивим основним референтним компонентама“ (као што су хидростатичке вођице за фотолитографске машине и ултрапрецизне мерне платформе), док постепено уступају место флексибилнијим инжењерским материјалима у некритичним структурним компонентама. У будућности, како уравнотежити перформансе, трошкове и одрживост биће тема коју ће индустрија наставити да истражује.
Време објаве: 24. мај 2025.