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、晶圓反應環境和實現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，經過前端模塊（EFEM）后進入過渡腔，方從大氣環境轉換為真空環境，后續晶圓從過渡腔再進入真空環境的傳輸腔、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，產品參數主要體現在外觀、尺寸、應力、理化性能等維度，是決定產品質量的關鍵。

性能要求：

半導體設備精密零部件產品具備高精密、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的整體技術發展集中于如何更好實現應用于先進制程半導體設備的工程化和量產化，即不斷研發生產工藝技術以滿足產品高精密、高潔凈、超強耐腐蝕能力、耐擊穿電壓的要求，并實現較高的生產效率。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、材料科學和材料力學與零件結構和加工參數的匹配、制造方式與產業模式的匹配，來高質量輸出高精密的產品。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、焊接材料、焊接環境等方面進行研究，實現半導體設備精密零部件焊接區域的零氣孔、零裂紋、零瑕疵，保證半導體設備零部件的產品性能及使用壽命，以最終實現真空環境下的半導體設備工藝制程的穩定。

圖4：部分表面處理工藝

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