건식 식각 공정은 칩 제조에 널리 사용됩니다. 실리콘 웨이퍼는 식각 챔버 바닥에 양극으로 배치됩니다. 미세한 관통 구멍이 촘촘하게 뚫린 가스 분배판은 음극 역할을 하며 챔버 상단에 장착됩니다. 적절한 전압을 인가하고 산성 플라즈마 식각 가스를 주입하면, 고온 챔버 내부에서 리소그래피로 정의된 회로 패턴에 따라 실리콘 웨이퍼에 미세 가공이 수행되어 웨이퍼 표면이 설계된 선폭과 깊이로 식각되고 마이크로 집적 회로가 형성됩니다.
상부 및 하부 전극은 플라즈마와 직접 접촉합니다. 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 동안 플라즈마는 두 전극을 마모시킵니다. 전극은 에칭 가스로 인해 점진적인 물리적 및 화학적 부식을 겪습니다. 일정 수준 이상 마모되면 균일한 에칭을 보장하기 위해 전극을 교체해야 합니다. 상부 전극(샤워 헤드/가스 분배판)에 고르게 분포된 구멍들은 에칭 가스 부식으로 인해 치수가 변형되며, 허용 오차 범위를 초과하면 교체해야 합니다.
샤워헤드(가스 분배판/상부 전극/실리콘 전극/가스 균질화판)는 반도체 웨이퍼 제조에서 에칭 및 박막 증착을 위한 핵심 부품 중 하나입니다. 반응 영역 상단에 장착되며, 반응 가스를 챔버에 고르게 주입하기 위한 수많은 미세 구멍이 가스 주입구로 사용됩니다. 재고로 보관되는 소모품인 샤워헤드에 조밀한 미세 구멍을 가공하는 것은 반도체 장비 제조에서 흔히 발생하는 병목 현상으로, 다음과 같은 어려움에 직면합니다.
– 재료 문제 – 샤워헤드는 일반적으로 단결정 실리콘, SiC 및 고순도 알루미나 세라믹을 포함한 단단하고 취성이 강한 재료로 만들어집니다. 이러한 재료는 경도가 높고 취성이 강하여 구멍 가장자리 파손, 균열 및 공구 마모가 빠르게 발생합니다.
– 정밀도 과제 – 균일한 가스 분배를 보장하기 위해 샤워 헤드의 미세 구멍 품질은 칩 공정 수율에 직접적인 영향을 미칩니다. 구멍 직경 공차, 진원도, 표면 거칠기 및 위치 정확도는 모두 마이크론 수준입니다.
– 구조적 과제 – 샤워헤드형 미세 구멍은 직경이 작고 깊이 대 직경 비율이 높습니다. 구멍 직경은 Φ0.3mm에서 Φ0.8mm까지이며, 깊이 대 직경 비율은 최대 55:1에 달합니다. 작고 깊은 구멍은 칩 배출 불량, 드릴 파손 위험 증가, 안정적인 가공 품질 확보의 어려움을 초래합니다.
솔루션 분석
◎ 직경 0.45mm PCD 마이크로 드릴을 이용한 단결정 실리콘 가공 시험 결과, 홀 가장자리 파손이 최소화되었습니다. 현미경 검사 결과, 홀 원형도 공차는 0.005mm 미만, 치수 정밀도는 ±0.003mm 이내, 표면 조도는 Ra0.2μm 이하로 고객 요구 사항을 충족했습니다.
◎ 예비 테스트 결과, 드릴은 3500개의 구멍을 가공한 후에도 날끝 마모가 거의 없으며 사용에 지장이 없는 것으로 나타났습니다.
◎ Worldia PCD 마이크로 드릴은 가공 재료 및 적용 시나리오에 따라 4가지 시리즈(WZ1, WZ2, WZ3 및 WZ-X)로 나뉘며, 직경 범위는 φ0.1~φ1.0mm입니다. 견고한 PCD 드릴은 자체 중심 설계를 채택하여 최대 57:1의 깊이 대 직경 비율을 지원합니다. 칩 배출 홈은 일체형 연삭으로 제작되어 칩 배출이 원활합니다. 가공된 홀 벽면 조도는 Ra0.2μm 이상이며, 홀 모서리 파손이 거의 없습니다. PCD 드릴 팁은 뛰어난 내마모성, 긴 공구 수명 및 높은 치수 균일성을 제공합니다. 이 제품은 반도체 산업에서 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, SiC, 세라믹, 용융 실리카 등의 재료에 대한 미세 홀 가공 요구 사항을 충족합니다.