半导体零部件(4)-金属类机械零部件

半导体零部件(4)-金属类机械零部件

在半导体设备中，机械类零部件起到构建整体框架、基础结构、晶圆反应环境和实现零部件特殊功能的作用，需要满足加工精度、耐腐蚀性、密封性、洁净度、真空度等指标。

机械类零部件的分类：

根据材料种类的不同，机械类零部件可以分为金属类和非金属类两种。其中，金属类机械零部件可以进一步分为金属工艺件和金属结构件。

金属工艺件在半导体设备中与晶圆直接接触或直接参与晶圆反应。一般在密闭腔室的复杂工艺环境中参与晶圆制程，起到延长设备的使用寿命，提升晶圆制造良率的作用。金属工艺件一般需要经过高精密机械制造和复杂的表面处理特种工艺过程，具备高精密、高洁净、超强耐腐蚀、耐击穿电压等特点，工艺制程复杂。工艺零部件主要应用于刻蚀设备、薄膜沉积设备，也少量应用于离子注入设备和高温扩散设备等。

代表性工艺零部件包括腔体（按使用功能分为过渡腔、传输腔和反应腔）、内衬和匀气盘等。晶圆从外部运输至设备入口，经过前端模块（EFEM）后进入过渡腔，方从大气环境转换为真空环境，后续晶圆从过渡腔再进入真空环境的传输腔、反应腔进行工艺反应。内衬是反应腔体内的核心零件，通过内衬表面的高致密涂层可以保护反应腔体表面，延长反应腔寿命，降低设备的维护时间。内衬比反应腔更接近晶圆反应过程，因此对洁净度、耐腐蚀度要求较反应腔更高，且需定期更换。特种工艺气体通过匀气盘上的小孔后均匀沉积在晶圆表面，保证晶圆表面膜层的均匀性和一致性。

图1：金属类半导体工艺零部件

金属结构件在半导体设备中一般起连接、支撑和冷却等作用，种类繁多，应用较为广泛。其在半导体设备中一般不直接与晶圆接触或参与晶圆反应，对平面度和平行度有较高的要求，部分结构零部件同样需要具备高洁净、强耐腐蚀能力和耐击穿电压等性能。具有代表性的结构零部件包括托盘轴、铸钢平台、流量计底座、冷却板等。

图2：金属类半导体结构零部件

非金属机械零部件包括石英制品、陶瓷产品等，也有极高的技术门槛。以石英制品为例，石英制品因其直接与硅片接触，且在半导体氧化、扩散过程中会遇到很多腐蚀气体，其质量要求通常较高，产品参数主要体现在外观、尺寸、应力、理化性能等维度，是决定产品质量的关键。

性能要求：

半导体设备精密零部件产品具备高精密、高洁净、高耐腐蚀、耐击穿电压等性能， 因此在加工件中，形状加工是基础，仅满足形状精度要求，后端的表面处理与清洗工艺中有更多的技术积累。例如对于反应腔而言，需要同时具备耐腐蚀、耐击穿、高洁净度，并能实现高密封性和高真空度。

图3：金属工艺件性能要求

核心工艺：

半导体设备精密零部件行业的整体技术发展集中于如何更好实现应用于先进制程半导体设备的工程化和量产化，即不断研发生产工艺技术以满足产品高精密、高洁净、超强耐腐蚀能力、耐击穿电压的要求，并实现较高的生产效率。核心工艺主要包括：精密机械制造技术，表面处理特种工艺技术，焊接技术。

精密机械制造技术：需要围绕精准的加工工艺路线和程序的开发、材料科学和材料力学与零件结构和加工参数的匹配、制造方式与产业模式的匹配，来高质量输出高精密的产品。精密零部件制造商在满足客户半导体设备的功能性需求的同时，通过机械制造精度和所加工材料的精准把控，提升半导体设备的整体性能及使用寿命。

表面处理特种工艺技术：随着半导体设备向更先进的工艺制程演进，对于精密零部件的高洁净、超强耐腐蚀、耐击穿电压等性能提出了越来越严苛的要求， 精密零部件的表面处理特种工艺是实现前述性能需求的关键工序。一般表面处理特种工艺技术分为干式制程和湿式制程，干式制程包括抛光、喷砂及喷涂等；湿式制程包括化学清洗、阳极氧化、化学镀镍以及电解抛光等。

焊接技术：目前，半导体设备精密零部件对于焊接技术的需求不仅体现在结构上要满足零部件的不同尺寸及密封性能，还需要精密零部件制造商针对焊接工艺、焊接参数、焊接材料、焊接环境等方面进行研究，实现半导体设备精密零部件焊接区域的零气孔、零裂纹、零瑕疵，保证半导体设备零部件的产品性能及使用寿命，以最终实现真空环境下的半导体设备工艺制程的稳定。

图4：部分表面处理工艺

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