Proces trawienia na sucho jest powszechnie stosowany w produkcji układów scalonych. Płytka krzemowa jest umieszczana jako elektroda dodatnia na dnie komory trawienia. Płytka rozprowadzająca gaz z gęstymi, drobnymi otworami przelotowymi, pełniąca funkcję elektrody ujemnej, jest zamontowana na górze komory. Po przyłożeniu odpowiedniego napięcia i wprowadzeniu kwaśnego gazu trawiącego plazmowego, płytka krzemowa jest mikroobrabiana wewnątrz komory wysokotemperaturowej zgodnie ze wzorami obwodów zdefiniowanymi przez litografię, aby wytrawić powierzchnię płytki do zaprojektowanej szerokości i głębokości linii, tworząc mikroukłady scalone.
Górna i dolna elektroda mają bezpośredni kontakt z plazmą. Podczas trawienia płytki krzemowej plazma powoduje również zużycie obu elektrod. Elektrody ulegają stopniowej korozji fizycznej i chemicznej pod wpływem gazu trawiącego. Po osiągnięciu pewnego poziomu zużycia elektrody należy wymienić, aby zapewnić równomierne trawienie. Równomiernie rozmieszczone otwory w górnej elektrodzie (głowica prysznica/płyta rozprowadzająca gaz) będą odbiegać wymiarami z powodu korozji pod wpływem gazu trawiącego i będą wymagać wymiany po przekroczeniu granic tolerancji.
Głowica natryskowa (płyta rozprowadzająca gaz / elektroda górna / elektroda krzemowa / płyta homogenizująca gaz) jest jednym z kluczowych elementów do trawienia i osadzania cienkich warstw w procesie produkcji płytek półprzewodnikowych. Jest ona zamontowana blisko górnej części strefy reakcji i posiada liczne drobne otwory wlotowe, które umożliwiają równomierne wtryskiwanie gazu reakcyjnego do komory. Jako materiał eksploatacyjny, który jest przechowywany w magazynie, obróbka gęstych mikrootworów na głowicy natryskowej wiąże się z następującymi wyzwaniami, które często stanowią wąskie gardła w produkcji urządzeń półprzewodnikowych.
– Wyzwanie materiałowe — Głowice prysznicowe są zazwyczaj wykonane z twardych i kruchych materiałów, takich jak monokrystaliczny krzem, SiC i ceramika glinowa o wysokiej czystości. Materiały te charakteryzują się wysoką twardością i kruchością, co łatwo powoduje odpryskiwanie krawędzi otworów, pękanie i szybkie zużycie narzędzi.
– Wyzwanie precyzji — Aby zapewnić równomierny rozkład gazu, jakość masywnych mikrootworów w głowicach prysznicowych bezpośrednio determinuje wydajność procesu obróbki wiórowej. Tolerancja średnicy otworu, okrągłość, chropowatość powierzchni i dokładność pozycjonowania są na poziomie mikronów.
– Wyzwanie konstrukcyjne — Mikrootwory w głowicach prysznicowych charakteryzują się małą średnicą i wysokim stosunkiem głębokości do średnicy. Średnice otworów wahają się od Φ0,3 mm do Φ0,8 mm, a stosunek głębokości do średnicy sięga nawet 55:1. Małe i głębokie otwory powodują słabe odprowadzanie wiórów, wysokie ryzyko złamania wiertła i trudności z uzyskaniem stabilnej jakości obróbki.
Analiza rozwiązania
◎ Testy mikrowierteł PCD o średnicy φ0,45 mm do obróbki monokrystalicznego krzemu wykazały minimalne wykruszenia krawędzi otworów. Pod mikroskopem tolerancja okrągłości otworów wynosi mniej niż 0,005 mm, dokładność wymiarowa mieści się w granicach ±0,003 mm, a chropowatość powierzchni ≤Ra0,2 μm, co spełnia wymagania klienta.
◎ Wstępne testy wykazały niewielkie zużycie krawędzi po wykonaniu 3500 otworów, ale wiertło nadal nadaje się do użytku.
◎ Mikrowiertła PCD firmy Worldia są podzielone na cztery serie (WZ1, WZ2, WZ3 i WZ-X) w zależności od obrabianych materiałów i scenariuszy zastosowań, z zakresem średnic φ0,1–φ1,0 mm. Wiertła PCD posiadają samocentrującą konstrukcję, zapewniającą maksymalny stosunek głębokości do średnicy do 57:1. Rowki wiórowe są wytwarzane metodą integralnego szlifowania w celu zapewnienia płynnego odprowadzania wiórów. Wykończenie ścianek otworów po obróbce może osiągnąć Ra0,2 μm lub lepszą, z niewielkim wykruszaniem krawędzi otworów. Końcówka wiertła PCD zapewnia doskonałą odporność na zużycie, długą żywotność narzędzia i wysoką spójność wymiarową. Produkty spełniają wymagania dotyczące obróbki mikrootworów w krzemie monokrystalicznym, polikrystalicznym, węgliku krzemu (SiC), ceramice, topionej krzemionce i innych materiałach w przemyśle półprzewodnikowym.