Varför introduceras CO₂ under skivtärningsprocessen?

Tillsätt CO₂ i tärningsvattnet underrånskärning är en effektiv processåtgärd för att undertrycka uppbyggnad av statisk laddning och minska risken för kontaminering, och därigenom förbättra tärningsutbytet och långsiktig spåntillförlitlighet.

1. Undertrycka uppbyggnad av statisk laddning

Underskivtärning, ett höghastighetsroterande diamantblad arbetar tillsammans med högtrycksavjoniserade (DI) vattenstrålar för att utföra skärning, kylning och rengöring. Intensiv friktion mellan bladet och skivan genererar en stor mängd statisk laddning; samtidigt genomgår DI-vatten lätt jonisering under höghastighetssprutning och slag, vilket ger ett litet antal joner. Eftersom kisel själv tenderar att ackumulera laddning, om denna laddning inte laddas ur i tid, kan spänningen stiga till 500 V eller mer och utlösa elektrostatisk urladdning (ESD).

ESD kan inte bara bryta ner metallförbindelser eller skada mellanskiktsdielektrik, utan också orsaka att kiseldamm fäster vid waferns yta genom elektrostatisk attraktion, vilket leder till partikeldefekter. I mer allvarliga fall kan det orsaka problem med bindningsdynor som dålig trådbindning eller bindningslyft.

När koldioxid (CO₂) löses i vatten, bildar den kolsyra (H₂CO₃), som vidare dissocierar till vätejoner (H⁺) och bikarbonatjoner (HCO₃⁻). Detta ökar avsevärt konduktiviteten hos tärningsvattnet och minskar dess resistivitet. Den högre konduktiviteten gör att statisk laddning snabbt kan ledas bort genom vattenflödet till marken, vilket gör det svårt för laddning att samlas på skivan eller utrustningsytorna.

Dessutom är CO₂ en svagt elektronegativ gas. I en högenergimiljö kan den joniseras för att bilda laddade arter som CO₂⁺ och O⁻. Dessa joner kan neutralisera laddningen på skivans yta och på luftburna partiklar, vilket ytterligare minskar risken för elektrostatisk attraktion och ESD-händelser.

2. Minska kontaminering och skydda waferytan

Wafer tärning genererar en stor mängd kiseldamm. Dessa fina partiklar laddas lätt och fäster vid wafer eller utrustningsytor, vilket orsakar partikelkontamination. Om kylvattnet är lätt alkaliskt kan det också främja metalljoner (såsom Fe, Ni och Cr som frigörs från rostfria filter eller rörledningar) för att bilda metallhydroxidfällningar. Dessa fällningar kan avsättas på skivans yta eller inom tärningsgatorna, vilket negativt påverkar spånkvaliteten.

Efter införande av CO2, å ena sidan, försvagar laddningsneutralisering den elektrostatiska attraktionen mellan damm och skivans yta; å andra sidan hjälper CO₂-gasflödet till att sprida partiklar bort från tärningszonen, vilket minskar deras chanser att återavsättas i kritiska områden.

Den svagt sura miljön som bildas av löst CO₂ undertrycker också omvandlingen av metalljoner till hydroxidfällningar, vilket håller metaller i ett löst tillstånd så att de lättare förs bort av vattenflödet, vilket minskar rester på skivan och utrustningen.

Samtidigt är CO₂ inert. Genom att bilda en viss skyddande atmosfär i tärningsområdet kan den minska direktkontakten mellan kiseldamm och syre, vilket minskar risken för dammoxidation, agglomeration och efterföljande vidhäftning till ytor. Detta hjälper till att upprätthålla en renare skärmiljö och stabilare processförhållanden.

Att introducera CO₂ i tärningsvattnet under skivskärning kontrollerar inte bara effektivt statisk elektricitet och ESD-risk, utan minskar också avsevärt damm- och metallförorening, vilket gör det till ett viktigt sätt att förbättra tärningsutbytet och spåntillförlitligheten.