半導体業界における架台・フレームについての基礎知識

最終更新日時: 2024/04/30 11:51

半導体製造装置には、様々な機器や部品が組み込まれており、それらを支持・固定するための架台やフレームが不可欠です。この記事では、半導体業界で使用される架台・フレームの基礎知識について解説します。

半導体製造装置における架台・フレームの役割

半導体製造装置の架台・フレームは、以下のような重要な役割を担っています。

  1. 機器や部品の支持・固定:ウェーハを処理する各種装置や、それらに付属する部品を支持・固定します。
  2. 振動の抑制:装置の駆動部などから発生する振動を吸収し、ウェーハへの悪影響を防ぎます。
  3. 高精度の維持:ウェーハの位置決めや搬送において、高い精度を維持するために、剛性の高い架台・フレームが必要です。
  4. クリーン環境の維持:半導体製造装置は、クリーンルーム内で使用されるため、架台・フレームからの発塵を最小限に抑える必要があります。

半導体業界で求められる架台・フレームの要件

半導体業界で使用される架台・フレームには、以下のような要件が求められます。

  1. 高剛性・高強度:重量物を支持し、高精度を維持するために、高い剛性と強度が必要です。
  2. 耐食性:薬液や腐食性ガスに曝される環境下で使用されるため、優れた耐食性が求められます。
  3. 低アウトガス:架台・フレームから放出されるガスが、ウェーハを汚染しないように、低アウトガス性が要求されます。
  4. 高い寸法精度:ウェーハの位置決めや搬送において、高い寸法精度が必要とされます。
  5. 電磁両立性(EMC):装置から発生する電磁ノイズを遮蔽するために、導電性の高い材料が使用されることがあります。

半導体業界で使用される架台・フレームの材料

半導体業界で使用される架台・フレームの材料には、以下のようなものがあります。

  1. ステンレス鋼:耐食性と強度に優れ、最も一般的に使用されている材料です。
  2. アルミニウム合金:軽量で強度が高く、耐食性にも優れています。放熱性が要求される用途で使用されます。
  3. チタン合金:耐食性と比強度に優れ、軽量化が求められる用途で使用されます。
  4. セラミックス:高剛性、低熱膨張、高耐食性を持ち、特に高温環境下で使用されます。
  5. 炭素繊維強化プラスチック(CFRP):軽量で高強度、低熱膨張の特性を持ち、軽量化が求められる用途で使用されます。

材料の選定には、用途や要求される特性、コストなどを総合的に考慮する必要があります。

半導体業界における架台・フレームの設計・製造のポイント

半導体業界における架台・フレームの設計・製造では、以下のようなポイントに注意が必要です。

  1. 洗浄性の考慮:架台・フレームは、定期的な洗浄が必要です。洗浄液の浸入や残留を防ぐため、構造や表面処理に工夫が必要です。
  2. 熱変形の最小化:温度変化による架台・フレームの変形が、装置の精度に影響を与えないよう、熱膨張係数の小さい材料の選択や、熱変形を最小化する構造設計が求められます。
  3. 防振設計:装置の振動が架台・フレームに伝わると、ウェーハの品質に悪影響を及ぼします。防振材の使用や、固有振動数の制御などの防振設計が必要です。
  4. パーティクルの発生抑制:架台・フレームから発生するパーティクルが、ウェーハを汚染しないよう、表面処理や清浄度管理が重要です。
  5. メンテナンス性の考慮:装置のメンテナンス時に、架台・フレームの分解・組立が容易であるよう、設計段階からメンテナンス性を考慮する必要があります。

これらのポイントを踏まえた設計・製造が、半導体製造装置の性能と信頼性を左右します。

半導体業界における架台・フレームの将来動向

半導体業界では、次のような架台・フレームの技術動向が見られます。

  1. 軽量化:装置の大型化に伴い、架台・フレームの軽量化ニーズが高まっています。CFRPなどの軽量材料の適用が進んでいます。
  2. 高剛性化:ウェーハの大口径化により、より高い剛性が求められています。新材料や最適設計による高剛性化が進められています。
  3. 高耐食性化:新しい薬液や腐食性ガスへの対応として、より高い耐食性を持つ材料や表面処理技術の開発が進んでいます。
  4. 低アウトガス化:ウェーハの汚染を防ぐため、アウトガスのさらなる低減が求められています。材料の高純度化や表面処理技術の改善が進められています。

これらの技術動向を踏まえた架台・フレームの開発が、半導体製造装置の性能向上と信頼性確保に貢献すると期待されます。

まとめ

半導体製造装置における架台・フレームは、機器や部品の支持・固定、振動の抑制、高精度の維持、クリーン環境の維持などの重要な役割を担っています。半導体業界では、高剛性、耐食性、低アウトガス性などの要件を満たす材料や設計・製造技術が求められます。

ステンレス鋼やアルミニウム合金、チタン合金、セラミックス、CFRPなどの材料が、用途に応じて使い分けられています。設計・製造では、洗浄性や熱変形、防振、パーティクル発生抑制、メンテナンス性などに配慮することが重要です。

今後は、軽量化、高剛性化、高耐食性化、低アウトガス化などの技術動向が、架台・フレームの開発を牽引していくと考えられます。

半導体製造装置の性能と信頼性を支える架台・フレームの重要性は、ますます高まっています。材料や設計・製造技術の深い理解と、最新の技術動向への対応が、半導体業界で求められる架台・フレームの実現につながります。

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