半導(dǎo)體零部件(4)-金屬類機(jī)械零部件

在半導(dǎo)體設(shè)備中，機(jī)械類零部件起到構(gòu)建整體框架、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、晶圓反應(yīng)環(huán)境和實(shí)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(biāo)。

機(jī)械類零部件的分類：

根據(jù)材料種類的不同，機(jī)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(jī)械零部件可以進(jìn)一步分為金屬工藝件和金屬結(jié)構(gòu)件。

金屬工藝件在半導(dǎo)體設(shè)備中與晶圓直接接觸或直接參與晶圓反應(yīng)。一般在密閉腔室的復(fù)雜工藝環(huán)境中參與晶圓制程，起到延長(zhǎng)設(shè)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(jī)械制造和復(fù)雜的表面處理特種工藝過程，具備高精密、高潔凈、超強(qiáng)耐腐蝕、耐擊穿電壓等特點(diǎn)，工藝制程復(fù)雜。工藝零部件主要應(yīng)用于刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備，也少量應(yīng)用于離子注入設(shè)備和高溫?cái)U(kuò)散設(shè)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(yīng)腔）、內(nèi)襯和勻氣盤等。晶圓從外部運(yùn)輸至設(shè)備入口，經(jīng)過前端模塊（EFEM）后進(jìn)入過渡腔，方從大氣環(huán)境轉(zhuǎn)換為真空環(huán)境，后續(xù)晶圓從過渡腔再進(jìn)入真空環(huán)境的傳輸腔、反應(yīng)腔進(jìn)行工藝反應(yīng)。內(nèi)襯是反應(yīng)腔體內(nèi)的核心零件，通過內(nèi)襯表面的高致密涂層可以保護(hù)反應(yīng)腔體表面，延長(zhǎng)反應(yīng)腔壽命，降低設(shè)備的維護(hù)時(shí)間。內(nèi)襯比反應(yīng)腔更接近晶圓反應(yīng)過程，因此對(duì)潔凈度、耐腐蝕度要求較反應(yīng)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(dǎo)體工藝零部件

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

圖2：金屬類半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)零部件

非金屬機(jī)械零部件包括石英制品、陶瓷產(chǎn)品等，也有極高的技術(shù)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(dǎo)體氧化、擴(kuò)散過程中會(huì)遇到很多腐蝕氣體，其質(zhì)量要求通常較高，產(chǎn)品參數(shù)主要體現(xiàn)在外觀、尺寸、應(yīng)力、理化性能等維度，是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

性能要求：

半導(dǎo)體設(shè)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(chǔ)，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(shù)積累。例如對(duì)于反應(yīng)腔而言，需要同時(shí)具備耐腐蝕、耐擊穿、高潔凈度，并能實(shí)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(dǎo)體設(shè)備精密零部件行業(yè)的整體技術(shù)發(fā)展集中于如何更好實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于先進(jìn)制程半導(dǎo)體設(shè)備的工程化和量產(chǎn)化，即不斷研發(fā)生產(chǎn)工藝技術(shù)以滿足產(chǎn)品高精密、高潔凈、超強(qiáng)耐腐蝕能力、耐擊穿電壓的要求，并實(shí)現(xiàn)較高的生產(chǎn)效率。核心工藝主要包括：精密機(jī)械制造技術(shù)，表面處理特種工藝技術(shù)，焊接技術(shù)。

精密機(jī)械制造技術(shù)：需要圍繞精準(zhǔn)的加工工藝路線和程序的開發(fā)、材料科學(xué)和材料力學(xué)與零件結(jié)構(gòu)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(zhì)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(dǎo)體設(shè)備的功能性需求的同時(shí)，通過機(jī)械制造精度和所加工材料的精準(zhǔn)把控，提升半導(dǎo)體設(shè)備的整體性能及使用壽命。

表面處理特種工藝技術(shù)：隨著半導(dǎo)體設(shè)備向更先進(jìn)的工藝制程演進(jìn)，對(duì)于精密零部件的高潔凈、超強(qiáng)耐腐蝕、耐擊穿電壓等性能提出了越來越嚴(yán)苛的要求， 精密零部件的表面處理特種工藝是實(shí)現(xiàn)前述性能需求的關(guān)鍵工序。一般表面處理特種工藝技術(shù)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(xué)清洗、陽極氧化、化學(xué)鍍鎳以及電解拋光等。

焊接技術(shù)：目前，半導(dǎo)體設(shè)備精密零部件對(duì)于焊接技術(shù)的需求不僅體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)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(duì)焊接工藝、焊接參數(shù)、焊接材料、焊接環(huán)境等方面進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體設(shè)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(dǎo)體設(shè)備零部件的產(chǎn)品性能及使用壽命，以最終實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下的半導(dǎo)體設(shè)備工藝制程的穩(wěn)定。

圖4：部分表面處理工藝

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