Il processo di incisione a secco è ampiamente utilizzato nella produzione di chip. Il wafer di silicio viene posizionato come elettrodo positivo sul fondo della camera di incisione. La piastra di distribuzione del gas, dotata di una fitta rete di piccoli fori passanti e che funge da elettrodo negativo, viene montata sopra la camera. Applicando la tensione appropriata e introducendo un gas di incisione al plasma acido, la microfabbricazione viene eseguita sul wafer di silicio all'interno della camera ad alta temperatura, seguendo i modelli di circuito definiti mediante litografia, in modo da incidere la superficie del wafer fino alla larghezza e alla profondità di linea desiderate e formare circuiti microintegrati.
Gli elettrodi superiore e inferiore sono a diretto contatto con il plasma. Durante l'incisione del wafer di silicio, il plasma usura entrambi gli elettrodi. Gli elettrodi subiscono una graduale corrosione fisica e chimica a causa del gas di incisione. Una volta raggiunto un certo livello di usura, gli elettrodi devono essere sostituiti per garantire un'incisione uniforme. I fori distribuiti uniformemente sull'elettrodo superiore (diffusore/piastra di distribuzione del gas) si deformeranno dimensionalmente a causa della corrosione da gas di incisione e dovranno essere sostituiti quando i limiti di tolleranza vengono superati.
La testina di spruzzatura (piastra di distribuzione del gas / elettrodo superiore / elettrodo di silicio / piastra di omogeneizzazione del gas) è uno dei componenti principali per l'incisione e la deposizione di film sottili nella produzione di wafer di semiconduttori. È montata vicino alla parte superiore della zona di reazione e presenta numerosi fori sottili che fungono da ingressi per il gas, iniettando uniformemente il gas di reazione nella camera. Essendo un componente di consumo tenuto a magazzino, la lavorazione dei fitti microfori sulla testina di spruzzatura presenta le seguenti problematiche, che rappresentano colli di bottiglia comuni nella produzione di apparecchiature per semiconduttori.
– Sfida dei materiali – I soffioni doccia sono generalmente realizzati con materiali duri e fragili, tra cui silicio monocristallino, SiC e ceramica di allumina ad alta purezza. Questi materiali presentano elevata durezza e fragilità, che causano facilmente scheggiature, crepe sui bordi dei fori e rapida usura degli utensili.
– Sfida di precisione — Per garantire una distribuzione uniforme del gas, la qualità dei microfori di grandi dimensioni sui soffioni doccia determina direttamente la resa del processo di produzione dei trucioli. La tolleranza del diametro dei fori, la rotondità, la rugosità superficiale e la precisione di posizionamento sono tutte a livello di micron.
– Sfida strutturale — I microfori del soffione della doccia presentano un diametro ridotto e un elevato rapporto profondità/diametro. I diametri dei fori variano da Φ0,3 mm a Φ0,8 mm con un rapporto profondità/diametro fino a 55:1. I fori piccoli e profondi comportano una scarsa evacuazione dei trucioli, un elevato rischio di rottura della punta e difficoltà nel mantenere una qualità di lavorazione stabile.
Analisi della soluzione
◎ I test sulla lavorazione di silicio monocristallino con microtrapano in PCD da φ0,45 mm mostrano una scheggiatura minima dei bordi del foro. All'ispezione al microscopio, la tolleranza di rotondità del foro è inferiore a 0,005 mm, la precisione dimensionale entro ±0,003 mm e la rugosità superficiale ≤Ra0,2 μm, soddisfacendo i requisiti del cliente.
◎ Nei test preliminari, la punta del trapano presenta una leggera usura del tagliente dopo aver eseguito 3500 fori e rimane comunque utilizzabile.
◎ Le micro-punte in PCD di Worldia sono suddivise in quattro serie (WZ1, WZ2, WZ3 e WZ-X) in base ai materiali lavorati e agli scenari applicativi, con un intervallo di diametro da φ0,1 a φ1,0 mm. Le punte in PCD massiccio adottano un design autocentrante, supportando un rapporto profondità/diametro massimo fino a 57:1. Le scanalature per l'evacuazione dei trucioli sono realizzate mediante rettifica integrale per una pulizia ottimale. La finitura superficiale delle pareti del foro lavorato può raggiungere Ra0,2 μm o superiore con una minima scheggiatura del bordo del foro. La punta in PCD offre un'eccellente resistenza all'usura, una lunga durata dell'utensile e un'elevata uniformità dimensionale. I prodotti soddisfano le esigenze di lavorazione di microfori per silicio monocristallino, silicio policristallino, SiC, ceramica, silice fusa e altri materiali nell'industria dei semiconduttori.