Защо се въвежда CO₂ по време на процеса на рязане на вафли?

Въвеждане на CO₂ във водата за нарязване по време навафларязането е ефективна мярка на процеса за потискане на натрупването на статичен заряд и по-нисък риск от замърсяване, като по този начин подобрява добива на нарязване на кубчета и дългосрочната надеждност на чипа.

1. Потискане на натрупването на статичен заряд

По време нанарязване на вафли, високоскоростно въртящо се диамантено острие работи заедно с дейонизирани (DI) водни струи под високо налягане за извършване на рязане, охлаждане и почистване. Интензивното триене между острието и пластината генерира голямо количество статичен заряд; в същото време DI водата претърпява лека йонизация при високоскоростно пръскане и удар, произвеждайки малък брой йони. Тъй като самият силиций има тенденция да натрупва заряд, ако този заряд не се разреди навреме, напрежението може да се повиши до 500 V или повече и да предизвика електростатичен разряд (ESD).

ESD може не само да разруши металните връзки или да повреди междинните диелектрици, но също така да причини залепване на силициев прах към повърхността на пластината чрез електростатично привличане, което води до дефекти на частиците. В по-тежки случаи това може да причини проблеми с подложката за свързване, като лошо свързване на проводника или изваждане на връзката.

Когато въглеродният диоксид (CO₂) се разтваря във вода, той образува въглеродна киселина (H₂CO₃), която допълнително се дисоциира на водородни йони (H⁺) и бикарбонатни йони (HCO3⁻). Това значително увеличава проводимостта на водата за нарязване и намалява нейното съпротивление. По-високата проводимост позволява статичният заряд бързо да се отведе през водния поток към земята, което затруднява натрупването на заряд върху пластините или повърхностите на оборудването.

Освен това CO₂ е слабо електроотрицателен газ. Във високоенергийна среда той може да се йонизира, за да образува заредени видове като CO₂⁺ и O⁻. Тези йони могат да неутрализират заряда върху повърхността на пластината и върху частиците във въздуха, като допълнително намаляват риска от електростатично привличане и ESD събития.

2. Намаляване на замърсяването и защита на повърхността на вафлата

Нарязването на вафли генерира голямо количество силициев прах. Тези фини частици лесно се зареждат и полепват по повърхностите на пластините или оборудването, причинявайки замърсяване с частици. Ако охлаждащата вода е леко алкална, тя може също да насърчи метални йони (като Fe, Ni и Cr, освободени от филтри от неръждаема стомана или тръбопроводи) за образуване на утайки от метален хидроксид. Тези утайки могат да се отложат върху повърхността на вафлата или в рамките на нарязаните улици, което влияе неблагоприятно на качеството на чипа.

След въвеждане на CO₂, от една страна, неутрализацията на заряда отслабва електростатичното привличане между праха и повърхността на пластината; от друга страна, газовият поток CO₂ помага за разпръскването на частиците далеч от зоната на нарязване, намалявайки шансовете им за повторно отлагане в критични зони.

Слабокиселинната среда, образувана от разтворен CO₂, също така потиска превръщането на метални йони в хидроксидни утайки, поддържайки металите в разтворено състояние, така че те да бъдат по-лесно отнесени от водния поток, което намалява остатъците върху пластината и оборудването.

В същото време CO₂ е инертен. Чрез образуването на определена защитна атмосфера в зоната на нарязване може да намали директния контакт между силициевия прах и кислорода, намалявайки риска от окисляване на прах, агломерация и последваща адхезия към повърхностите. Това спомага за поддържането на по-чиста среда на рязане и по-стабилни условия на процеса.

Въвеждането на CO₂ във водата за нарязване по време на рязане на вафла не само ефективно контролира статичния и ESD риск, но също така значително намалява замърсяването с прах и метал, което го прави важно средство за подобряване на добива на нарязване и надеждността на чипа.