ドライエッチングプロセスは、チップ製造において広く採用されている。シリコンウェハは正極としてエッチングチャンバーの底部に配置され、負極として機能する微細な貫通孔が密集したガス分配板がチャンバー上部に設置される。適切な電圧を印加し、酸性プラズマエッチングガスを導入することで、リソグラフィによって定義された回路パターンに従って、高温チャンバー内のシリコンウェハ上に微細加工が施され、ウェハ表面が設計された線幅と深さまでエッチングされてマイクロ集積回路が形成される。
上下の電極はプラズマと直接接触しています。シリコンウェハのエッチング中、プラズマは両方の電極を摩耗させます。電極はエッチングガスによる物理的および化学的な腐食を徐々に受けます。一定のレベルまで摩耗すると、均一なエッチングを保証するために電極を交換する必要があります。上部電極（シャワーヘッド／ガス分配板）に均等に配置された穴は、エッチングガスによる腐食によって寸法がずれるため、許容範囲を超えた場合は交換が必要です。
シャワーヘッド（ガス分配板／上部電極／シリコン電極／ガス均質化板）は、半導体ウェハ製造におけるエッチングおよび薄膜堆積の中核部品の一つです。反応ゾーンの上部近くに取り付けられ、反応ガスをチャンバー内に均一に注入するためのガス入口として多数の微細な穴が設けられています。消耗部品として在庫として保管されるシャワーヘッドの高密度な微細穴加工には、半導体製造装置における一般的なボトルネックとなる以下の課題があります。
– 材料上の課題 – シャワーヘッドは通常、単結晶シリコン、SiC、高純度アルミナセラミックなどの硬くて脆い材料で作られています。これらの材料は硬度と脆性が高いため、穴の縁の欠け、ひび割れ、工具の急速な摩耗を引き起こしやすいという特徴があります。
– 精密加工の課題 — 均一なガス分布を確保するためには、シャワーヘッド上の多数の微細穴の品質が、チップ加工の歩留まりを直接左右します。穴径の公差、真円度、表面粗さ、位置精度はすべてミクロンレベルです。
– 構造上の課題 — シャワーヘッドの微細な穴は、直径が小さく、深さ対直径比が高いのが特徴です。穴の直径はΦ0.3mmからΦ0.8mmの範囲で、深さ対直径比は最大55:1に達します。小さくて深い穴は、切りくずの排出不良、ドリル破損のリスクの高さ、安定した加工品質の確保の難しさにつながります。
分析
◎ φ0.45 mm PCDマイクロドリル加工による単結晶シリコンの加工試験では、穴の縁の欠けが最小限であることが確認されました。顕微鏡検査では、穴の真円度公差は0.005 mm未満、寸法精度は±0.003 mm以内、表面粗さはRa0.2 μm以下であり、お客様の要求を満たしています。
◎予備試験では、ドリルは3500個の穴を加工した後、刃先にわずかな摩耗が見られるものの、使用可能な状態を維持しています。
◎ Worldia PCDマイクロドリルは、加工材料と用途に応じて4つのシリーズ（WZ1、WZ2、WZ3、WZ-X）に分かれており、直径範囲はφ0.1～φ1.0 mmです。ソリッドPCDドリルはセルフセンタリング設計を採用し、最大深さ対直径比57:1まで対応します。チップフルートは一体研削により製造され、切りくずの排出がスムーズです。加工された穴壁面はRa0.2 μm以上で、穴縁のチッピングはほとんどありません。PCDドリルの先端は、優れた耐摩耗性、長い工具寿命、高い寸法精度を実現します。これらの製品は、半導体業界における単結晶シリコン、多結晶シリコン、SiC、セラミックス、溶融石英などの材料のマイクロ穴加工のニーズを満たします。