Според строгите барања за висока прецизност и висока сигурност во полупроводничката индустрија, иако гранитот е еден од основните материјали, неговите својства носат и одредени ограничувања. Следните се неговите главни недостатоци и предизвици во практичната примена:
Прво, материјалот е многу кршлив и тежок за обработка.
Ризик од пукање: Гранитот е во суштина природен камен со природни микропукнатини и граници на минерални честички во внатрешноста, и е типичен кршлив материјал. При ултрапрецизна машинска обработка (како што е наномерно брусење и обработка на сложени закривени површини), ако силата е нееднаква или параметрите на обработката се несоодветни, веројатно е да се појават проблеми како што се кршење и ширење на микропукнатини, што доведува до распаѓање на обработуваниот дел.
Ниска ефикасност на обработка: За да се избегне кршливо кршење, потребни се посебни процеси како што се брусење со мала брзина со дијамантски брусилки и магнетореолошко полирање. Циклусот на обработка е од 30% до 50% подолг од оној на металните материјали, а трошоците за инвестиција во опремата се високи (на пример, цената на центар за обработка со петосни врски надминува 10 милиони јуани).
Ограничувања на сложената структура: Тешко е да се произведат шупливи лесни конструкции преку леење, ковање и други процеси. Најчесто се користи во едноставни геометриски форми како што се плочи и основи, а неговата примена е ограничена во опрема што бара неправилни потпори или внатрешна интеграција на цевководи.
Второ, високата густина доведува до големо оптоварување на опремата
Тешко за ракување и инсталирање: Густината на гранитот е приближно 2,6-3,0 g/cm³, а неговата тежина е 1,5-2 пати поголема од онаа на леаното железо под ист волумен. На пример, тежината на гранитната основа за фотолитографска машина може да достигне 5 до 10 тони, што бара наменска опрема за кревање и темели отпорни на удари, што ги зголемува трошоците за изградба на фабриката и распоредување на опремата.
Доцнење на динамичкиот одговор: Високата инерција го ограничува забрзувањето на подвижните делови од опремата (како што се роботите за пренос на плочки). Во сценарија каде што е потребно брзо стартување и запирање (како што е опремата за брза инспекција), тоа може да влијае на ритамот на производството и да ја намали ефикасноста.
Трето, цената на поправка и итерација е висока
Дефектите тешко се поправаат: Доколку за време на употребата се појави абење на површината или оштетување од судир, тие треба да се вратат во фабриката за поправка со професионална опрема за брусење, која не може брзо да се обработи на лице место. Спротивно на тоа, металните компоненти може да се поправат веднаш преку методи како што се точкесто заварување и ласерско обложување, што резултира со пократко време на застој.
Циклусот на итерација на дизајнот е долг: Разликите во вените на природниот гранит може да предизвикаат мали флуктуации во својствата на материјалот (како што се коефициентот на термичка експанзија и коефициентот на пригушување) на различни серии. Доколку се промени дизајнот на опремата, својствата на материјалот треба повторно да се усогласат, а циклусот на верификација на истражувањето и развојот е релативно долг.
IV. Ограничени ресурси и еколошки предизвици
Природниот камен не е обновлив: Висококвалитетниот гранит (како што се „Џинан зелен“ и „Сусам црн“ што се користат во полупроводниците) се потпира на специфични вени, има ограничени резерви и неговото рударство е ограничено со политиките за заштита на животната средина. Со проширувањето на индустријата за полупроводници, може да постои ризик од нестабилно снабдување со суровини.
Проблеми со загадувањето при преработка: За време на процесите на сечење и мелење, се создава голема количина гранитна прашина (која содржи силициум диоксид). Доколку не се ракува правилно, може да предизвика силикоза. Покрај тоа, отпадните води треба да се третираат со седиментација пред да се испуштат, што ги зголемува инвестициите во заштитата на животната средина.
Пет. Недоволна компатибилност со новите процеси
Ограничувања на вакуумската средина: Некои полупроводнички процеси (како што се вакуумско обложување и литографија со електронски сноп) бараат одржување на висока вакуумска состојба во опремата. Сепак, микропорите на површината на гранитот може да адсорбираат молекули на гас, кои полека се ослободуваат и влијаат на стабилноста на степенот на вакуум. Затоа, потребен е дополнителен третман за згуснување на површината (како што е импрегнација со смола).
Проблеми со електромагнетна компатибилност: Гранитот е изолационен материјал. Во сценарија каде што е потребно празнење на статички електрицитет или електромагнетна заштита (како што се платформи за електростатска адсорпција на плочки), треба да се состават метални премази или спроводливи филмови, што ја зголемува структурната комплексност и цената.
Стратегија за одговор на индустријата
И покрај горенаведените недостатоци, полупроводничката индустрија делумно ги надомести недостатоците на гранитот преку технолошки иновации:
Дизајн на композитна структура: Усвојува комбинација од „гранитна основа + метална рамка“, земајќи ги предвид и цврстината и леснотијата (на пример, одреден производител на фотолитографски машини вградува структура од саќе од алуминиумска легура во гранитната основа, намалувајќи ја тежината за 40%).
Вештачки синтетички алтернативни материјали: Развијте композити од керамички матрици (како што е силициум карбидна керамика) и вештачки камења базирани на епоксидна смола за симулирање на термичката стабилност и отпорноста на вибрации на гранитот, а воедно да ја зголемите флексибилноста на обработката.
Интелигентна технологија за обработка: Со воведување на алгоритми со вештачка интелигенција за оптимизирање на патеката на обработка, симулација на стрес за предвидување на ризици од пукнатини и комбинирање на онлајн детекција за прилагодување на параметрите во реално време, стапката на отпад од обработка е намалена од 5% на под 1%.
Резиме
Недостатоците на гранитот во полупроводничката индустрија во суштина произлегуваат од играта помеѓу неговите природни својства на материјалот и индустриските барања. Со напредокот на технологијата и развојот на алтернативни материјали, сценаријата за неговата примена може постепено да се намалат кон „незаменливи основни референтни компоненти“ (како што се хидростатички водилки за фотолитографски машини и ултрапрецизни платформи за мерење), додека постепено отстапуваат место на пофлексибилни инженерски материјали во некритичните структурни компоненти. Во иднина, како да се балансираат перформансите, трошоците и одржливоста ќе биде тема што индустријата продолжува да ја истражува.
Време на објавување: 24 мај 2025 година