Le procédé de gravure sèche est largement utilisé dans la fabrication de puces. La plaquette de silicium, servant d'électrode positive, est placée au fond de la chambre de gravure. Une plaque de distribution de gaz, percée de nombreux micro-trous traversants et faisant office d'électrode négative, est montée sur le dessus de la chambre. Sous l'effet d'une tension appropriée et grâce à l'introduction d'un gaz de gravure plasma acide, la microfabrication est réalisée sur la plaquette de silicium à l'intérieur de la chambre haute température, selon les motifs de circuits définis par lithographie. Ce procédé permet de graver la surface de la plaquette à la largeur et à la profondeur de ligne prévues et de former des circuits micro-intégrés.
Les électrodes supérieure et inférieure sont en contact direct avec le plasma. Lors de la gravure de la plaquette de silicium, le plasma use également les deux électrodes. Celles-ci subissent une corrosion physique et chimique progressive due au gaz de gravure. Une fois un certain seuil d'usure atteint, les électrodes doivent être remplacées pour garantir une gravure uniforme. Les orifices régulièrement répartis sur l'électrode supérieure (tête de douche/plaque de distribution de gaz) présentent des variations dimensionnelles dues à la corrosion par le gaz de gravure et doivent être remplacés lorsque les limites de tolérance sont dépassées.
La tête de pulvérisation (plaque de distribution de gaz / électrode supérieure / électrode en silicium / plaque d'homogénéisation des gaz) est un composant essentiel pour la gravure et le dépôt de couches minces dans la fabrication des plaquettes de semi-conducteurs. Montée près du haut de la zone de réaction, elle est percée de nombreux micro-orifices servant d'entrées de gaz pour injecter uniformément le gaz de réaction dans la chambre. Pièce consommable, la tête de pulvérisation présente des difficultés d'usinage importantes, constituant des goulots d'étranglement courants dans la fabrication d'équipements pour semi-conducteurs.
– Problème lié aux matériaux — Les pommeaux de douche sont généralement fabriqués à partir de matériaux durs et cassants, notamment le silicium monocristallin (SiC) et la céramique d'alumine de haute pureté. Ces matériaux présentent une dureté et une fragilité élevées, ce qui provoque facilement des ébréchures, des fissures et une usure rapide des outils au niveau des bords des trous.
– Défi de précision — Pour garantir une distribution uniforme des gaz, la qualité des micro-perforations massives des pommeaux de douche détermine directement le rendement du processus d'usinage. La tolérance sur le diamètre, la circularité, la rugosité de surface et la précision de positionnement des perforations sont toutes de l'ordre du micron.
Défi structurel : Les micro-perforations des pommeaux de douche présentent un petit diamètre et un rapport profondeur/diamètre élevé. Leur diamètre varie de 0,3 mm à 0,8 mm, avec un rapport profondeur/diamètre pouvant atteindre 55:1. Ces perforations petites et profondes entraînent une mauvaise évacuation des copeaux, un risque élevé de rupture du foret et des difficultés à obtenir une qualité d’usinage stable.
Analyse des solutions
◎ Les tests effectués sur du silicium monocristallin usiné avec un micro-foret PCD de φ0,45 mm montrent un écaillage minimal des bords du trou. L'inspection au microscope révèle une tolérance de circularité du trou inférieure à 0,005 mm, une précision dimensionnelle de ±0,003 mm et une rugosité de surface ≤ Ra0,2 μm, répondant ainsi aux exigences du client.
◎ Lors des tests préliminaires, le foret présente une légère usure des bords après l'usinage de 3500 trous et reste utilisable.
Les micro-forets PCD Worldia sont disponibles en quatre séries (WZ1, WZ2, WZ3 et WZ-X) selon les matériaux usinés et les applications, avec un diamètre de φ0,1 à φ1,0 mm. Ces forets monoblocs en PCD sont auto-centrants et supportent un rapport profondeur/diamètre maximal de 57:1. Les cannelures sont réalisées par rectification intégrale pour une évacuation optimale des copeaux. La finition des parois des trous usinés atteint Ra0,2 μm, voire mieux, avec un minimum d'écaillage. La pointe du foret en PCD offre une excellente résistance à l'usure, une longue durée de vie et une grande précision dimensionnelle. Ces produits répondent aux exigences d'usinage de micro-trous pour le silicium monocristallin, le silicium polycristallin, le SiC, la céramique, la silice fondue et d'autres matériaux utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs.