La innovadora tecnología de rectificado marca el ritmo en el procesamiento de obleas

Las obleas son discos delgados que sirven de base para la fabricación de microchips. Las obleas se fabrican en varios pasos de procesamiento. Para poder utilizar silicio (Si) o carburo de silicio (SiC) en la industria de los semiconductores, deben cultivarse como monocristales. Los denominados lingotes y bolas se procesan entonces para obtener un disco en bruto. Cortadas en trozos, las obleas se rectifican finamente, se pulen y se recubren con una capa epitaxial para prepararlas para el proceso de fotolitografía. Los patrones de circuitos se graban en la oblea utilizando máscaras y luz adecuadas. Finalmente, se pueden cortar microchips individuales de la oblea.

Para Michael Egeter, vicepresidente de ingeniería del fabricante suizo de maquinaria Kellenberger en Goldach, el aumento constante de la demanda por parte de los clientes finales y los nuevos procesos y tecnologías garantizan que la participación en el mercado de los semiconductores resulte extremadamente rentable. “Además del procesamiento propiamente dicho del sustrato —es decir, el pre-rectificado y el corte de los cristales en bruto, creando la geometría básica de la oblea—, el campo de los equipos de procesamiento de semiconductores también ofrece buenas oportunidades para proporcionar tecnología y soluciones de rectificado”, afirma. Además, los expertos en rectificado podrían situarse en una posición privilegiada ante los clientes ofreciendo soluciones personalizadas. Kellenberger ha creado equipos especializados en personalización para este fin. “Las soluciones a medida ofrecen un alto potencial de crecimiento, sobre todo porque a menudo también se pueden escalar”, destaca el experto.

El carburo de silicio (SiC) se está convirtiendo cada vez más en el sustrato preferido en la fabricación de semiconductores. Según el Fraunhofer CSP (Centro de Fotovoltaica de Silicio) de Halle (Saale), un semiconductor fabricado a partir de una combinación de silicio y carbono ofrece una gran banda prohibida en comparación con un semiconductor fabricado con silicio puro. Este es un factor decisivo para la conductividad eléctrica y significa que el semiconductor puede utilizarse en condiciones extremas, como altas temperaturas, altos voltajes y altas frecuencias. Sin embargo, el sustrato plantea un reto para el rectificado, como señala Michael Egeter: “Ya hemos observado una cierta reticencia entre los rectificadores que anteriormente trabajaban casi exclusivamente con materiales metálicos”, informa. El comportamiento de mecanizado del proceso de rectificado en cerámicas es completamente diferente. Una vez superado este umbral, el campo de

aplicación de la cerámica técnica y los sustratos semiconductores monocristalinos, en constante crecimiento, revelará un enorme potencial para la tecnología de rectificado. “El SiC ya se ha consolidado como el referente absoluto en el sector de los semiconductores para determinadas clases de rendimiento”, afirma Egeter.

La fabricación de semiconductores requiere mucho tiempo. Por lo tanto, la entrega de los chips exige un plazo de entrega correspondientemente largo, lo que está causando problemas a muchas industrias.

El cristal en bruto, que se cultiva en un horno de alta temperatura a unos 2.400 °C, tarda unas dos semanas en poder moldearse en un producto semiacabado. Para este paso denominado ‘del lingote/boule al disco’, se creó un equipo de desarrollo formado por ingenieros y técnicos de aplicaciones dentro del Grupo Hardinge, al que pertenece Kellenberger, con el apoyo de expertos de la industria del SiC y proveedores de materias primas. El equipo analizó las ineficiencias de los métodos anteriores de procesamiento de lingotes de SiC. Los resultados se incorporaron al desarrollo de una máquina automatizada “todo en uno” de 5 ejes capaz de procesar todas las especificaciones y diámetros de lingotes de SiC relevantes en la actualidad. Gracias a la carga y descarga automatizadas, la máquina puede reducir el tiempo de procesamiento de un lingote/boule a un disco de más de 24 horas con los métodos convencionales a entre dos y tres horas, según Kellenberger.

Además del sustrato y la rectificadora, las herramientas de rectificado desempeñan un papel decisivo en el procesamiento de obleas. “Consideramos que los semiconductores son un mercado en rápido crecimiento”, destaca Carmine Sileno, director de producto para el sector de los semiconductores en Meister Abrasives. La empresa, con sede en Andelfingen (Suiza), junto con su filial alemana Alfons Schmeier, de Helmbrechts, se especializa en el desarrollo y la fabricación de herramientas de rectificado superabrasivas para aplicaciones de rectificado de alta precisión. Meister Abrasives ofrece soluciones para las distintas etapas de la cadena de fabricación de semiconductores, desde el cristal en bruto hasta el chip acabado, que los clientes dedicados a la producción de obleas o chips pueden utilizar en sus equipos existentes. Las herramientas de rectificado de diamante desarrolladas para la superficie de las obleas garantizan calidades superficiales en el rango de Ra 5 angstroms (1 A = 0,0001 μm). A modo de comparación: un cabello humano tiene un diámetro de 40-80 μm.

El control de calidad para unas calidades superficiales tan elevadas solo es posible mediante interferometría de luz blanca o microscopía de fuerza atómica (AFM), afirma Carmine Sileno. “Las superficies con una nanotopografía homogénea son extremadamente importantes para los fabricantes de chips”, subraya el director de producto de Meister Abrasives. Con su tecnología ultrafina, la empresa suiza persigue además otro objetivo: “Queremos rectificar con la mayor finura posible para acortar los pasos posteriores del proceso o, en el mejor de los casos, eliminarlos por completo”, afirma Sileno. Esto se aplica sobre todo a los procesos de lapeado y pulido, que requieren mucho tiempo y son costosos.

Las obleas suelen rectificarse primero y luego pulirse para lograr la alta calidad de superficie requerida. Las pastas utilizadas para el pulido son mezclas de finas partículas sólidas y un líquido. Este agente de pulido es caro. “Cuanto más tiempo suele durar un proceso de pulido y mayor es la superficie de la oblea, más interesante resulta minimizar el proceso de pulido en la medida de lo posible o eliminarlo por completo del proceso”, afirma el experto en rectificado. El mayor reto en el mecanizado de las duras superficies de las obleas fue desarrollar el aglomerante adecuado para el grano de diamante submicrónico (< 1 μm). Es precisamente aquí donde Sileno ve el punto fuerte de Meister Abrasives: la capacidad de personalizar en detalle la estructura del recubrimiento abrasivo para cada aplicación. El cliente ahorra un tiempo valioso gracias a procesos de pulido más cortos o incluso innecesarios, reduce costes, necesita menos infraestructura y aumenta el rendimiento.