半導体試験分野において、試験プラットフォームの材質選択は試験精度と装置の安定性に決定的な役割を果たします。従来の鋳鉄材料と比較して、花崗岩は優れた性能を有するため、半導体試験プラットフォームの理想的な選択肢になりつつあります。
優れた耐腐食性により長期にわたる安定した動作を保証します
半導体試験工程では、フォトレジスト現像に使用される水酸化カリウム（KOH）溶液や、エッチング工程で使用されるフッ化水素酸（HF）や硝酸（HNO₃）といった腐食性の高い物質など、様々な化学試薬が使用されることがよくあります。鋳鉄は主に鉄元素で構成されています。このような化学環境では、酸化還元反応が起こりやすくなります。鉄原子は電子を失い、溶液中の酸性物質と置換反応を起こします。その結果、表面が急速に腐食し、錆や凹みが生じ、プラットフォームの平坦性や寸法精度が損なわれます。
一方、花崗岩の鉱物組成は、並外れた耐食性を備えています。主成分である石英（SiO₂）は化学的性質が極めて安定しており、一般的な酸や塩基とほとんど反応しません。長石などの鉱物も、一般的な化学環境において不活性です。多数の実験により、半導体検出の化学環境を模擬した実験において、花崗岩の耐化学腐食性は鋳鉄の15倍以上であることが示されています。これは、花崗岩プラットフォームを使用することで、腐食による設備メンテナンスの頻度とコストを大幅に削減し、設備の耐用年数を延ばし、検出精度の長期安定性を確保できることを意味します。
ナノメートルレベルの検出精度の要件を満たす超高安定性
半導体検査では、プラットフォームの安定性に対する要求が極めて高く、チップの特性をナノスケールで精密に測定する必要があります。鋳鉄の熱膨張係数は比較的高く、約10～12×10⁻⁶/℃です。検査装置の動作や周囲温度の変動によって発生する熱は、鋳鉄プラットフォームに大きな熱膨張と収縮を引き起こし、検査プローブとチップの位置ずれを引き起こし、測定精度に影響を与えます。
花崗岩の熱膨張係数はわずか0.6～5×10⁻⁶/℃で、鋳鉄の数分の1以下です。構造が緻密で、内部応力は長期自然老化によりほぼ解消されており、温度変化の影響も最小限に抑えられています。さらに、花崗岩は剛性が強く、硬度は鋳鉄の2～3倍（HRC＞51相当）で、外部からの衝撃や振動に効果的に抵抗し、プラットフォームの平坦性と真直性を維持します。例えば、高精度チップ回路検出において、花崗岩プラットフォームは平坦度誤差を±0.5μm/m以内に制御できるため、複雑な環境下でも検出装置がナノスケールの高精度検出を実現できます。
優れた耐磁性により、純粋な検出環境を実現
半導体試験装置の電子部品やセンサーは、電磁干渉に対して非常に敏感です。鋳鉄はある程度の磁性を有しており、電磁環境下では誘導磁場を発生し、検出装置の電磁信号に干渉して信号の歪みや異常な検出データをもたらします。
一方、花崗岩は反磁性材料であり、外部磁場によってほとんど分極しません。内部の電子は化学結合中に対になって存在し、構造が安定しているため、外部の電磁力の影響を受けません。10mTの強磁場環境下において、花崗岩表面の誘導磁場強度は0.001mT未満ですが、鋳鉄表面の誘導磁場強度は8mT以上に達することもあります。この特性により、花崗岩プラットフォームは検出装置に純粋な電磁環境を作り出すことができ、特に量子チップ検出や高精度アナログ回路検出など、電磁ノイズに対する要件が厳しいシナリオに適しており、検出結果の信頼性と一貫性を効果的に高めます。
半導体試験プラットフォームの構築において、花崗岩は耐食性、安定性、耐磁性といった優れた特性により、鋳鉄材料を総合的に凌駕しています。半導体技術が高精度化に向かうにつれ、花崗岩は試験装置の性能を確保し、半導体産業の発展を促進する上でますます重要な役割を果たすでしょう。
投稿日時: 2025年5月15日