Proces suchého leptání je široce používán při výrobě čipů. Křemíkový plátek je umístěn jako kladná elektroda na dně leptací komory. Deska pro distribuci plynu s hustými drobnými průchozími otvory, která slouží jako záporná elektroda, je namontována na horní straně komory. Po přivedení správného napětí a zavedení kyselého plazmového leptacího plynu se na křemíkovém plátku uvnitř vysokoteplotní komory provádí mikrovýroba podle obvodových vzorů definovaných litografií, aby se povrch plátku vyleptal na navrženou šířku a hloubku čáry a vytvořily se mikrointegrované obvody.
Horní a spodní elektrody jsou v přímém kontaktu s plazmatem. Během leptání křemíkového plátku plazma také opotřebovává obě elektrody. Elektrody postupně podléhají fyzikální a chemické korozi v důsledku leptání plynem. Jakmile se elektrody opotřebují do určité míry, je nutné je vyměnit, aby bylo zajištěno rovnoměrné leptání. Rovnoměrně rozložené otvory na horní elektrodě (sprchová hlavice / deska pro rozvod plynu) se budou v důsledku koroze leptacím plynem rozměrově lišit a je nutné je vyměnit, pokud jsou překročeny toleranční meze.
Sprchová hlavice (deska pro distribuci plynu / horní elektroda / křemíková elektroda / deska pro homogenizaci plynu) je jednou z klíčových součástí pro leptání a depozici tenkých vrstev při výrobě polovodičových destiček. Je namontována blízko horní části reakční zóny a je vybavena četnými jemnými otvory jako vstupy plynu pro rovnoměrné vstřikování reakčního plynu do komory. Vzhledem k tomu, že se jedná o spotřební díl skladem, obrábění hustých mikrootvorů na sprchové hlavici čelí následujícím problémům, které jsou běžnými úzkými místy ve výrobě polovodičových zařízení.
– Materiálová výzva – Sprchové hlavice se obvykle vyrábějí z tvrdých a křehkých materiálů, včetně monokrystalického křemíku, SiC a vysoce čisté aluminové keramiky. Tyto materiály se vyznačují vysokou tvrdostí a křehkostí, což snadno způsobuje odštípnutí, praskání na okrajích otvoru a rychlé opotřebení nástroje.
– Výzva k přesnosti – Aby bylo zajištěno rovnoměrné rozložení plynu, kvalita masivních mikrootvorů ve sprchových hlavicích přímo určuje výtěžnost třískového procesu. Tolerance průměru otvoru, kruhovitost, drsnost povrchu a přesnost polohy jsou na mikronové úrovni.
– Strukturální výzva – Mikrootvory ve sprchové hlavici se vyznačují malým průměrem a vysokým poměrem hloubky k průměru. Průměry otvorů se pohybují od Φ0,3 mm do Φ0,8 mm s poměrem hloubky k průměru až 55:1. Malé a hluboké otvory vedou ke špatnému odvádění třísek, vysokému riziku zlomení vrtáku a obtížím se stabilní kvalitou obrábění.
Analýza řešení
◎ Testy na monokrystalickém křemíku s PCD mikrovrtačkou o průměru φ0,45 mm vykazují minimální vylamování hran otvoru. Při kontrole mikroskopem je tolerance kruhovitosti otvoru menší než 0,005 mm, rozměrová přesnost v rozmezí ±0,003 mm a drsnost povrchu ≤Ra0,2 μm, což splňuje požadavky zákazníka.
◎ V předběžných testech vykazuje vrták po obrobení 3500 otvorů mírné opotřebení hran a zůstává použitelný.
◎ Mikrovrtáky Worldia PCD se dělí do čtyř řad (WZ1, WZ2, WZ3 a WZ-X) podle zpracovávaných materiálů a aplikačních scénářů s rozsahem průměrů φ0,1–φ1,0 mm. Celotné PCD vrtáky mají samostředící konstrukci, která podporuje maximální poměr hloubky k průměru až 57:1. Drážky pro odvádění třísek se vyrábějí integrálním broušením pro plynulý odvod třísek. Opracovaná stěna otvoru může dosáhnout Ra0,2 μm nebo lepší s minimálním vylamováním na hraně otvoru. Vrtáková špička PCD poskytuje vynikající odolnost proti opotřebení, dlouhou životnost nástroje a vysokou rozměrovou konzistenci. Produkty splňují požadavky na obrábění mikrootvorů v monokrystalickém křemíku, polykrystalickém křemíku, SiC, keramice, taveném oxidu křemičitém a dalších materiálech v polovodičovém průmyslu.