El proceso de grabado en seco se utiliza ampliamente en la fabricación de chips. La oblea de silicio se coloca como electrodo positivo en la parte inferior de la cámara de grabado. La placa de distribución de gas, con diminutos orificios pasantes densos, que actúa como electrodo negativo, se monta en la parte superior de la cámara. Aplicando el voltaje adecuado e introduciendo gas de grabado de plasma ácido, se realiza la microfabricación en la oblea de silicio dentro de la cámara de alta temperatura, de acuerdo con los patrones de circuito definidos por litografía, para grabar la superficie de la oblea con el ancho y la profundidad de línea diseñados y formar microcircuitos integrados.
Los electrodos superior e inferior están en contacto directo con el plasma. Durante el grabado de la oblea de silicio, el plasma también desgasta ambos electrodos. Estos sufren corrosión física y química gradual debido al gas de grabado. Una vez que alcanzan cierto nivel de desgaste, deben reemplazarse para garantizar un grabado uniforme. Los orificios distribuidos uniformemente en el electrodo superior (cabezal de ducha/placa de distribución de gas) se desviarán de sus dimensiones debido a la corrosión causada por el gas de grabado y deberán reemplazarse cuando se superen los límites de tolerancia.
El cabezal de ducha (placa de distribución de gas / electrodo superior / electrodo de silicio / placa homogeneizadora de gas) es uno de los componentes principales para el grabado y la deposición de películas delgadas en la fabricación de obleas semiconductoras. Está montado cerca de la parte superior de la zona de reacción y cuenta con numerosos orificios finos que sirven como entradas de gas para inyectar el gas de reacción de manera uniforme en la cámara. Como pieza consumible que se mantiene en stock, el mecanizado de los densos microorificios del cabezal de ducha presenta los siguientes desafíos, que son cuellos de botella comunes en la fabricación de equipos para semiconductores.
– Desafío de materiales— Los cabezales de ducha suelen estar fabricados con materiales duros y frágiles, como silicio monocristalino, SiC y cerámica de alúmina de alta pureza. Estos materiales presentan una elevada dureza y fragilidad, lo que provoca fácilmente el astillamiento de los bordes de los orificios, el agrietamiento y un rápido desgaste de las herramientas.
– Desafío de precisión — Para garantizar una distribución uniforme del gas, la calidad de los microagujeros masivos en los cabezales de ducha determina directamente el rendimiento del proceso de fabricación de chips. La tolerancia del diámetro del agujero, la redondez, la rugosidad de la superficie y la precisión de posicionamiento se encuentran en el nivel de micras.
– Desafío estructural: Los microagujeros tipo cabezal de ducha presentan un diámetro pequeño y una alta relación profundidad-diámetro. Los diámetros de los agujeros varían de Φ0,3 mm a Φ0,8 mm, con una relación profundidad-diámetro de hasta 55:1. Los agujeros pequeños y profundos provocan una evacuación deficiente de las virutas, un alto riesgo de rotura de la broca y dificultades para lograr una calidad de mecanizado estable.
Análisis de Solución
◎ Las pruebas realizadas en el mecanizado de silicio monocristalino mediante microbrocas PCD de φ0,45 mm muestran un astillamiento mínimo en los bordes de los orificios. Bajo inspección microscópica, la tolerancia de redondez de los orificios es inferior a 0,005 mm, la precisión dimensional es de ±0,003 mm y la rugosidad superficial es ≤Ra0,2 μm, cumpliendo así con los requisitos del cliente.
◎ En pruebas preliminares, la broca presenta un ligero desgaste en el filo tras mecanizar 3500 agujeros y sigue siendo utilizable.
◎ Las microbrocas PCD de Worldia se dividen en cuatro series (WZ1, WZ2, WZ3 y WZ-X) según los materiales procesados y los escenarios de aplicación, con un rango de diámetro de φ0,1 a φ1,0 mm. Las brocas PCD sólidas adoptan un diseño autocentrante, que admite una relación profundidad-diámetro máxima de hasta 57:1. Las ranuras de viruta se fabrican mediante rectificado integral para una evacuación suave de la viruta. El acabado de la pared del orificio mecanizado puede alcanzar Ra0,2 μm o mejor con poco astillamiento en el borde del orificio. La punta de la broca PCD ofrece una excelente resistencia al desgaste, una larga vida útil de la herramienta y una alta consistencia dimensional. Los productos satisfacen las demandas de mecanizado de microagujeros para silicio monocristalino, silicio policristalino, SiC, cerámica, sílice fundida y otros materiales en la industria de semiconductores.