半導体工場に入ると、ナノメートル レベルの位置決め精度で移動するウェーハ ハンドラー、ウイルスよりも小さな形状を測定するレーザー システム、ほとんどの人が感じることさえない振動を無視して位置を保持しなければならないステージが目に入るでしょう。{0}}それから下を見てください。その装置の大部分は、地質学的に言うと何百万年も前の石のブロックの上にあり、誰かが採石方法を見つけて以来、あまり変わっていません。
これは、古い大聖堂の床に使用されていたものと同じ基本的な素材の上に最先端のリソグラフィーおよび計測機器が乗っている-、-一見すると奇妙な組み合わせです。しかし、エレクトロニクス製造において最も繊細な機械の下で花崗岩が出現し続ける理由は、伝統とはあまり関係なく、現代の人工材料であっても驚くほど打ち負かすのが難しい一連の物理的特性に関係しています。
剛性だけよりもダンピングが重要
エンジニアは、機械ベースの主な役割は剛性であることであると想定しており、剛性は重要ですが、それは話の半分にすぎません。実際に、外乱-、ステージの方向転換、近くの機械のサイクリング、誰かが通り過ぎる-の減衰後にベースがどのくらい早く「落ち着く」かを決定するのは、ベルのように鳴り響くのではなく、材料が振動エネルギーをどれだけ効率的に吸収するかです。
花崗岩の結晶質で絡み合った鉱物構造により、ほとんどの鋳造金属では真似できない内部減衰特性が得られます。鋳鉄または鋼製のベースは、衝撃後の共振時間が長くなる傾向があります。これは、測定または露光が安定するまで、位置決めステージが残留振動を「待つ」必要があることを意味します。 Granite の構造はそのエネルギーをより速く放散するため、整定時間の短縮に直接つながります -。機器が 1 日に何千回もサイクルし、無駄な整定時間の 1 マイクロ秒ごとが生産稼働全体で加算される場合、これは大きな利点となります。
電子機器とは戦わない
半導体プロセス装置一部の検査ツールには、高感度の電磁システム - リニア モーター、エンコーダー、電子ビーム カラムが搭載されています。金属ベース、特に鉄ベースは磁気干渉や渦電流効果を引き起こし、近くのセンサーからの読み取り値を微妙に歪める可能性があります。花崗岩は本来、非磁性かつ非導電性であるため、エンジニアが設計を行う必要があるあらゆる種類の干渉が除去されます。-
これが、花崗岩が XY ステージ、リニア モーター プラットフォーム、エア ベアリング システム- アーキテクチャの下で一貫して使用される理由の 1 つであり、ベースは単なる構造的なサポートではなく、実質的にモーション システムの一部となっています。特にエアベアリングは、一貫した空気膜を維持するために、非常に平坦で安定した基準面に依存しています。ベースのうねりや熱歪みは、ツール先端の位置決め誤差に直接影響します。
長期的な寸法安定性が静かな利点です-
金属ベースは、たとえ適切に設計されたものであっても、鋳造や機械加工による内部応力を抱えており、長年にわたってゆっくりと緩和し、徐々に寸法のずれを引き起こす可能性があります。{0}花崗岩は、採石後に適切に時効を経て応力が緩和されると、本質的に寸法的には「完成」しています - 鋳造構造のゆっくりとしたクリープとして現れるような進行中の内部応力緩和は受けていません。- 10{6}} または 15- 年の耐用年数にわたってミクロンレベルの精度を維持すると予想される機器の場合、その安定性はさらに重要になります。ベースが動かないということは、機器製造者がソフトウェアで補正したり、マシンの耐用年数にわたって再調整したりする必要がある変数が 1 つ少なくなります。
これが業界全体で現れる場所
アプリケーションはリソグラフィーツールに限定されません。花崗岩のベースとプラットフォームは、位置決めの精度と防振が重要となる幅広い機器で一般的です。たとえば、PCB 穴あけおよびビア成形機、座標測定機、光学検査および AOI システム、産業用 CT および X- 検査ステーション、フェムト秒およびピコ秒光源を使用するレーザー加工システム、さらにはコーティングまたはテスト中にサブ- ミクロンの位置合わせが行われるペロブスカイト太陽電池コーティング装置や電池セルのテスト プラットフォームなどの新しい製造分野でも増加しています。収量に直接影響します。
地位を確立し続ける素材
これは、花崗岩があらゆる用途に最適であることを意味するものではありません。-長距離を素早く繰り返し移動する必要がある構造物や、極度の重量が制約となる場合には、鉱物鋳造や炭素繊維複合材などの加工材料の方が合理的な場合があり、これらは相互に排他的ではないことに注意してください。最新のプラットフォームの多くは、花崗岩の基準面と、システム内の他の場所にある軽量の複合構造要素を組み合わせています。
しかし、半導体や精密機器で何度も現れる特定の要件の組み合わせ、-高い減衰、磁気的中立性、長期的な寸法安定性、-再校正なしで何年も平らな基準面を保持する能力-花崗岩を置き換えるのが難しいままであるのは、業界が伝統に執着しているからではなく、物理学が花崗岩に有利に働き続けているためです。