提起半导体行业，很多人的第一反应是国内被“卡脖子”的产品还有很多。
我们一直说被限制，是因为我们完全做不出来类似的产品吗？
当然不是。
但是无可否认，我们在部分产品的精度控制等竞争力方面，还有需提升的空间。
随着飞秒激光技术的迭代，现已获得高达±1μm的孔径精度，还可实现巨量微孔的高一致性，这些优势很好地弥补了国内半导体工艺部件加工难的问题。
今天，我们以Shower head（匀气盘）为研究对象，探讨飞秒激光对半导体工艺部件国产化之路的助力。

1｜Shower head等工艺部件
Shower head，江湖外号：匀气盘、气体分配盘、喷淋头等（后文统一称匀气盘）。
由于它马甲众多，而且看起来平平无奇，像个花洒，一度让精密加工领域从业者产生了“so easy”的错觉。
实际上，匀气盘的加工要求，是天花板级别的。它上面均匀分布着成千上万个微孔，孔径大都在0.2-1mm内，且要求每一个孔的精度、圆度、间距、一致性、孔壁光洁度都做到极致，但凡有一个不够完美，整件产品就属于不良品。
这是因为喷淋头是半导体制造中贯穿清洗、刻蚀、沉积等关键工序的核心气体分配装置，会直接决定整套设备的工艺精度。


2｜匀气盘类型及国内加工现状
因半导体制程会涉及一些极端的工作环境，如高温、高压或腐蚀性等，这对匀气盘本身的材料选择也是尤为重要的。因此，可以从材料类型，对匀气盘进行划分。
常见的匀气盘有金属类的，比如铝合金、不锈钢和镍等，其中，因为导热性能和抗腐蚀性好，易于加工，铝合金的应用是较为广泛的。随着飞秒激光对更多材料的加工进行突破，金属类匀气盘的材料选择性会更多。
而非金属匀气盘，较为常见的是硅、陶瓷类的耐腐蚀、高硬脆性材料。加工这一类材料，传统加工工艺存在易崩边、效率低等问题。而飞秒激光非接触、热影响极小的优势，可以完美解决以上难加工材料的精密加工难题。
据报道，当前国际上匀气盘等部件的提供商，主要来自国外，如美国、韩国、日本等，他们的产品占据了全球同类产品大部分的份额。
基于此，我们国内一些专门做精密加工或半导体零部件开发的大厂，也在钻研这一类器件，但由于工艺技术熟悉性、加工设备的精度差异等现实因素的制约，我们仍然需要花费很多力气在高端匀气盘零件的开发和生产。
因此，加工技术的高水平迭代，成为了破解难题的思路。


3｜飞秒激光微孔加工技术
飞秒激光作为一种前沿的激光加工技术，凭借高精度、高稳定性、非接触加工和极小热影响等特性，目前已经在半导体、航空航天、精密医疗、科学仪器等众多领域的精密零件制造获得验证。
而微孔加工，是飞秒激光最善于解决的一个问题。
因为微孔加工会涉及很多关键性的指标，比如：孔径精度、圆度、位置精度、边缘质量、孔壁粗糙度、热影响区、一致性、孔间距、垂直度、深径比等。对匀气盘这一类的半导体工艺部件来说，这些指标是同等重要且相互关联的，比如需要同时满足圆度、孔径精度、位置精度、一致性、边缘质量等要求。
飞秒激光具备同时满足以上指标的加工能力。
比如：（1）尺寸极限：飞秒激光可满足最小20μm的垂直孔；（2）孔径精度：飞秒激光可完成±1μm的孔径精度，而且并不是单一孔，是所有的巨量的微孔的平均孔径精度可以满足在这一范围内；（3）孔壁厚度：飞秒激光可以满足很小的孔壁厚度，如15μm的壁厚下，巨量微孔没有连孔和破孔情况；（4）一致性：飞秒激光因其精准能量控制，可完成巨量微孔的圆度一致性。
除了以上微孔指标外，飞秒激光在几十或上百小时等连续加工过程中，设备稳定性好，从而可以大大提升匀气盘加工的良率，避免其他加工工艺的潜在风险。


4｜总结
从加工技术和市场来看，半导体工艺部件之争，争的从来不是价格，而是争精度，争稳定性，争创新。
道阻且长，共同努力。
希望通过我们飞秒激光技术的持续迭代，国内更多的半导体零部件开发商和加工商，能持续性突破。

                                                                                                                                      文章归原作者所有，转载仅为分享和学习使用，不做任何商业用途！内容如有侵权，请联系本部删除！