半導體 碳化矽(SiC):研磨加工

🕜 加工效率 - 縮短近2倍總製程時間 | 📈 工件品質 - 大幅減少脆裂邊 | ⚙️ 刀具壽命 - 減少近4倍刀具磨耗量
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碳化矽(Silicon Carbide,SiC)研磨加工:加工痛點



碳化矽(SiC, Silicon Carbide)材料的硬度僅次於金剛石和碳化硼,具高硬度高耐磨性。碳化矽材料在化學、機械上性能穩定,其低耗能、高功率、耐高溫、耐腐蝕及耐磨耗的特性,使其成為熱門的第三代半導體材料之一。

在半導體相關製程(如蝕刻、薄膜等),常使用碳化矽作為製程腔體內精密零組件(如showerheads、靜電吸盤、基板、晶圓承載盤等)的材料。

然而,碳化矽的高硬度材料特性為許多加工業者帶來極大的挑戰。尤其針對碳化矽工件表面的降面研磨加工,若沒有適當的排屑機制,容易造成磨棒氣孔嚴重填塞陶瓷粉塵,影響磨削的自修銳機制,使磨棒的磨削力大幅下降,刀具磨耗增加,磨削阻力也增加,容易導致工件出現嚴重脆裂邊.可能影響到整個晶圓製程的產品良率。



 

☑️ 碳化矽(Silicon Carbide,SiC)研磨加工資訊

 
    碳化矽(Silicon Carbide,SiC)加工資訊          
  材料   碳化矽(Silicon Carbide, SiC)
  特徵   降面 Ap 0.6mm
 
*工件尺寸 Φ107mm
  工法   研磨加工  
  超音波刀把         BT30-R04-10 大振幅刀把
  機台轉速   4,000 ~ 6,000 rpm
  選用刀具               #80 D20 金屬法鑽石磨棒                               

 

使用漢鼎BT30超音波模組輔助碳化矽SiC研磨加工
(圖1. 使用漢鼎BT30超音波模組輔助碳化矽SiC研磨加工)



 

【漢鼎超音波】碳化矽(Silicon Carbide,SiC)研磨加工:測試目標 



針對碳化矽(Silicon Carbide,SiC)的超音波輔助研磨加工測試,目標為透過超音波輔助加工機制,縮短整體製程時間減少刀具磨耗,同時維持良好工件品質





 

【漢鼎超音波】碳化矽(Silicon Carbide,SiC)研磨加工:加工結果 

 

碳化矽(Silicon Carbide,SiC)研磨加工:加工效率


使用漢鼎BT30超音波模組輔助碳化矽SiC研磨加工, 加工過程刀具無須修銳, 縮短近2倍的總製程時間
(圖2. 使用漢鼎BT30超音波模組輔助碳化矽SiC研磨加工, 加工過程刀具無須修銳, 縮短近2倍的總製程時間)

 
  • 使用漢鼎超音波輔助加工,在參數優化後,配合超音波的高頻率Z軸方向微振動,刀具反覆提刀,加工時,刀具間接性接觸工件,幫助排除研磨時產生的陶瓷粉塵,使磨棒氣孔不易填塞陶瓷積屑,因此加工過程中,無須進行刀具修銳,成功縮短近2倍的總製程時間
  • 相同參數配置下進行無超音波加工,因刀具長時間接觸工件,容易導致陶瓷粉塵的二次研磨,加速磨棒氣孔嚴重填塞陶瓷積屑,使磨棒的磨削力大幅下降,因此需要不斷進行刀具修銳,才能繼續研磨加工,除了加速刀具磨耗之外,也嚴重影響工件品質。因此在本次加工過程中,共進行4次的刀具修銳,延長總製程時間。





 

碳化矽(Silicon Carbide,SiC)研磨加工:工件品質


漢鼎超音波輔助碳化矽SiC研磨加工, 工件邊角平滑完整, 且刀具受力均勻, 呈現大小一致的刀痕紋路
(圖3. 漢鼎超音波輔助碳化矽SiC研磨加工, 工件邊角平滑完整, 且刀具受力均勻, 呈現大小一致的刀痕紋路)

 
  • 使用漢鼎超音波輔助加工,高頻率的Z軸方向微振動,幫助排除研磨時產生的陶瓷粉塵,使磨棒氣孔不易填塞陶瓷積屑,幫助降低磨削時的阻力,加工過程中刀具的受力穩定,工件表面呈現大小一致的刀痕紋路,有效減少脆裂邊,工件邊角平滑完整。
  • 在相同參數配置下進行無超音波加工,因刀具長時間接觸工件,容易導致陶瓷粉塵的二次研磨,加速磨棒氣孔嚴重填塞陶瓷積屑磨削阻力過大,且加工過程中刀具受力不均,工件表面上出現大小不一的刀痕,工件邊角也出現嚴重脆裂邊





 

碳化矽(Silicon Carbide,SiC)研磨加工:刀具壽命


漢鼎超音波輔助碳化矽SiC研磨加工, 高頻微振動幫助排屑, 磨棒氣孔不易積屑, 加工過程刀具無須修銳
(圖4. 漢鼎超音波輔助碳化矽SiC研磨加工, 高頻微振動幫助排屑, 磨棒氣孔不易積屑, 加工過程刀具無須修銳)

 
  • 使用漢鼎超音波輔助加工,高頻率的Z軸方向微振動,幫助排除陶瓷粉塵,磨棒氣孔不易填塞陶瓷積屑,在積屑填入磨棒氣孔速度緩慢的情況下,磨粒鈍化後,受力增加,觸發磨削自修銳機制,使新鑽露出,即可繼續加工,成功改善積屑問題,加工過程中不須進行刀具修銳,因此刀具總磨耗來自於加工時的磨耗量
  • 在相同參數配置下進行無超音波加工,刀具長時間接觸工件,容易導致陶瓷粉塵的二次研磨磨削阻力增加;即便磨粒鈍化後,觸發自修銳機制,但因陶瓷積屑填塞氣孔的速度過快加速刀具磨耗,自修銳機制無法幫助刀具恢復磨削力,導致在本次加工過程中,共進行4次刀具修銳,增加刀具總磨耗量。




使用漢鼎BT30超音波模組輔助碳化矽SiC研磨加工, 磨棒氣孔不易填塞積屑, 因此加工過程刀具無須修銳, 減少近4倍的刀具磨耗量
(圖5. 使用漢鼎BT30超音波模組輔助碳化矽SiC研磨加工, 磨棒氣孔不易填塞積屑, 因此加工過程刀具無須修銳, 減少近4倍的刀具磨耗量)





 

【漢鼎超音波】碳化矽(Silicon Carbide,SiC)研磨加工:超音波效益 



🕜 加工效率 - 縮短近2倍總製程時間
📈 工件品質 - 大幅減少脆裂邊
⚙️ 刀具壽命 - 減少近4倍刀具磨耗量


 

碳化矽(Silicon Carbide,SiC)研磨加工:產業應用



碳化矽(Silicon Carbide,SiC)表面降面研磨特徵經常應用在半導體產業LED產業,特別是用在半導體製程中,作為晶圓代工業關鍵零組件之材料,如SiC靜電吸盤(ESC,E-Chuck,Electrostatic Chuck)SiC晶圓承載盤(Wafer Susceptor)等。


碳化矽(Silicon Carbide,SiC)的莫氏硬度約為9,僅次於金剛石和碳化硼,具高硬度高耐磨性。碳化矽材料在化學、機械上性能穩定,其低耗能、高功率、耐高溫、耐腐蝕及耐磨耗的特性,使其成為熱門的第三代半導體材料之一。

在半導體相關製程(如蝕刻、薄膜等),常使用碳化矽作為製程腔體內精密零組件(如showerheads、基板、靜電吸盤、晶圓座、晶圓承載盤等)的材料。由於半導體產業重視製程及產品品質的穩定性與高良率,因此製程中的關鍵零組件,像是晶圓承載盤、基板、靜電吸盤等,會與晶圓直接接觸的產品零件,其表面或鑽孔品質,對於維持製程及產品品質的高良率而言至關重要。



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