半導體零部件(4)-金屬類機械零部件

在半導體設備中，機械類零部件起到構建整體框架、基礎結構、晶圓反應環(huán)境和實現(xiàn)零部件特殊功能的作用，需要滿足加工精度、耐腐蝕性、密封性、潔凈度、真空度等指標。

機械類零部件的分類：

根據(jù)材料種類的不同，機械類零部件可以分為金屬類和非金屬類兩種。其中，金屬類機械零部件可以進一步分為金屬工藝件和金屬結構件。

金屬工藝件在半導體設備中與晶圓直接接觸或直接參與晶圓反應。一般在密閉腔室的復雜工藝環(huán)境中參與晶圓制程，起到延長設備的使用壽命，提升晶圓制造良率的作用。金屬工藝件一般需要經(jīng)過高精密機械制造和復雜的表面處理特種工藝過程，具備高精密、高潔凈、超強耐腐蝕、耐擊穿電壓等特點，工藝制程復雜。工藝零部件主要應用于刻蝕設備、薄膜沉積設備，也少量應用于離子注入設備和高溫擴散設備等。

代表性工藝零部件包括腔體（按使用功能分為過渡腔、傳輸腔和反應腔）、內襯和勻氣盤等。晶圓從外部運輸至設備入口，經(jīng)過前端模塊（EFEM）后進入過渡腔，方從大氣環(huán)境轉換為真空環(huán)境，后續(xù)晶圓從過渡腔再進入真空環(huán)境的傳輸腔、反應腔進行工藝反應。內襯是反應腔體內的核心零件，通過內襯表面的高致密涂層可以保護反應腔體表面，延長反應腔壽命，降低設備的維護時間。內襯比反應腔更接近晶圓反應過程，因此對潔凈度、耐腐蝕度要求較反應腔更高，且需定期更換。特種工藝氣體通過勻氣盤上的小孔后均勻沉積在晶圓表面，保證晶圓表面膜層的均勻性和一致性。

圖1：金屬類半導體工藝零部件

金屬結構件在半導體設備中一般起連接、支撐和冷卻等作用，種類繁多，應用較為廣泛。其在半導體設備中一般不直接與晶圓接觸或參與晶圓反應，對平面度和平行度有較高的要求，部分結構零部件同樣需要具備高潔凈、強耐腐蝕能力和耐擊穿電壓等性能。具有代表性的結構零部件包括托盤軸、鑄鋼平臺、流量計底座、冷卻板等。

圖2：金屬類半導體結構零部件

非金屬機械零部件包括石英制品、陶瓷產(chǎn)品等，也有極高的技術門檻。以石英制品為例，石英制品因其直接與硅片接觸，且在半導體氧化、擴散過程中會遇到很多腐蝕氣體，其質量要求通常較高，產(chǎn)品參數(shù)主要體現(xiàn)在外觀、尺寸、應力、理化性能等維度，是決定產(chǎn)品質量的關鍵。

性能要求：

半導體設備精密零部件產(chǎn)品具備高精密、高潔凈、高耐腐蝕、耐擊穿電壓等性能， 因此在加工件中，形狀加工是基礎，僅滿足形狀精度要求，后端的表面處理與清洗工藝中有更多的技術積累。例如對于反應腔而言，需要同時具備耐腐蝕、耐擊穿、高潔凈度，并能實現(xiàn)高密封性和高真空度。

圖3：金屬工藝件性能要求

核心工藝：

半導體設備精密零部件行業(yè)的整體技術發(fā)展集中于如何更好實現(xiàn)應用于先進制程半導體設備的工程化和量產(chǎn)化，即不斷研發(fā)生產(chǎn)工藝技術以滿足產(chǎn)品高精密、高潔凈、超強耐腐蝕能力、耐擊穿電壓的要求，并實現(xiàn)較高的生產(chǎn)效率。核心工藝主要包括：精密機械制造技術，表面處理特種工藝技術，焊接技術。

精密機械制造技術：需要圍繞精準的加工工藝路線和程序的開發(fā)、材料科學和材料力學與零件結構和加工參數(shù)的匹配、制造方式與產(chǎn)業(yè)模式的匹配，來高質量輸出高精密的產(chǎn)品。精密零部件制造商在滿足客戶半導體設備的功能性需求的同時，通過機械制造精度和所加工材料的精準把控，提升半導體設備的整體性能及使用壽命。

表面處理特種工藝技術：隨著半導體設備向更先進的工藝制程演進，對于精密零部件的高潔凈、超強耐腐蝕、耐擊穿電壓等性能提出了越來越嚴苛的要求， 精密零部件的表面處理特種工藝是實現(xiàn)前述性能需求的關鍵工序。一般表面處理特種工藝技術分為干式制程和濕式制程，干式制程包括拋光、噴砂及噴涂等；濕式制程包括化學清洗、陽極氧化、化學鍍鎳以及電解拋光等。

焊接技術：目前，半導體設備精密零部件對于焊接技術的需求不僅體現(xiàn)在結構上要滿足零部件的不同尺寸及密封性能，還需要精密零部件制造商針對焊接工藝、焊接參數(shù)、焊接材料、焊接環(huán)境等方面進行研究，實現(xiàn)半導體設備精密零部件焊接區(qū)域的零氣孔、零裂紋、零瑕疵，保證半導體設備零部件的產(chǎn)品性能及使用壽命，以最終實現(xiàn)真空環(huán)境下的半導體設備工藝制程的穩(wěn)定。

圖4：部分表面處理工藝

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