五轴精密加工的新风口，藏在喷淋头数万微孔的毫厘之间

全球半导体竞赛的下一个赛点，在哪里？或许我国半导体产业的发展路径不在聚光灯下的光刻机，决定芯片先进制程的成败，还有隐藏于产业链上那些曾被视为“配角”的核心环节。新凯来子公司近日的破局之举，就将这类核心部件的重要性凸显无疑：全球首发90GHz带宽超高速示波器及全自主EDA软件，深圳万里眼技术有限公司示波器产品线总监更是在发布会现场特别强调了精密加工在此次产业链突破中的关键作用。

而在这类半导体设备核心零件中，有一个能够直接决定晶圆的生死良率，它就是——气体喷淋头。据QYResearch数据统计，2024年全球喷淋头市场已突破11.93亿美元，年复合增长率达7.1%，预计到2031年将攀升至19.1亿美元。其中，中国市场正以25%的惊人增速领跑亚太。

喷淋头（匀气盘），图源/富创精密

百亿市场背后，行业的竞争焦点已不再是解决产品“有没有”的生存问题，而是转向了“精不精”的、关乎谁能最终胜出的命题——如何将工艺推向极致：喷淋头如何左右着晶圆良率？精密机床如何在“微米之巅”实现高度均匀一致的微孔精密加工？

被低估的喷淋头，决定了晶圆良率

看似不起眼的喷淋头（又称气体分配盘、匀气盘），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，能直接决定工艺精度与芯片质量。

图源/大和热磁

以3nm以下工艺为例，晶圆表面膜厚偏差需控制在±0.1nm以内，而喷淋头中数万个微孔（孔径0.2 - 6mm）的孔径公差必须小于±1μm，内壁粗糙度Ra < 0.2μm。任何微小的毛刺或流量偏差，都会导致刻蚀/沉积不均，直接造成整片晶圆报废。

当前，全球高端喷淋头市场主要由美国应用材料（AMAT）和日本东京电子（TEL）主导，我国市场国产化率尚不足30%。在此背景下，本土供应商若要在半导体喷淋头领域形成差异化优势，关键在于突破微孔精度控制与脆性材料加工等核心技术壁垒，背后也必须高度依赖于高端精密加工机床的支撑。

“无孔不入”的极致挑战喷淋头加工难在哪？

在晶圆反应过程中，喷淋头表面密布的微孔、孔道结构以及气体路径、晶圆不同区域的膜层都需保证高度均匀性和一致性，所以对洁净度、耐腐蚀性有极高要求外，对孔径一致性、小孔内壁毛刺都有严苛要求。

喷淋头四类微孔加工形式，图源/机床小K

因此，作为喷淋头制造过程中最为关键的环节之一，微孔精度控制与硬脆材料加工是两个最突出的难点，而这两步对超精密五轴精密加工中心又提出了严格要求。

硬脆材料加工难度增加除了常规铝合金、单晶硅等材质的喷淋头之外，为应对极端环境，还会常采用陶瓷、CVD-SiC等硬脆材料。这些材料对加工极为敏感，极易在孔口产生崩边，对刀具磨损巨大。这要求机床不仅刚性足，更需具备针对难加工材料的特种工艺能力。

兼顾一致性与高深孔精度数万个微孔的直径偏差需小于±0.5μm，加工过程中的微小振动、刀具磨损或是传统钻削工艺中钻头刚性不足、切削力不均等问题，极易导致孔径出现锥度、扩孔等缺陷，破坏批量一致性；而深径比达20:1 以上的微孔，需解决排屑困难导致的孔壁塌陷。这对特殊工艺、刀具的精准控制以及机床定位精度与重复定位精度都提出极致要求。

复杂流道与异形面的双向挑战喷淋头内部往往不是简单的直孔，而是包含复杂的气体流道和异形曲面，以确保气体在抵达微孔前已实现初步的均压与分配。这需要加工设备能够进行五轴联动空间铣削，进行复杂三维结构的精密加工。

孔内无毛刺的终极清洁度追求内壁的粗糙度会扰乱喷淋头层流，形成湍流，影响均匀性。尤其是脱落的毛刺微粒落入反应腔后，将直接成为晶圆上的致命缺陷，足以让大量芯片沦为残次品，直接拉低整个生产流程的良率。这对机床的切削技术、振动控制和排屑能力要求极高。

头部原厂设备商在做什么技术突破？

在喷淋头高精度加工领域，头部设备原厂正以差异化技术，克服硬脆材料加工难度与微孔精度，抢占市场份额。

MEGA TURN 系列，图源/山崎马扎克

山崎马扎克的PALLETECH 系统的SMOOTH振动切削‌技术，通过MAZATROL数控系统（如SmoothAi、SmoothG）实现振动切削功能，可有效切断难加工材料的切屑，减少缠绕问题，适用于喷淋头微孔加工中的高精度需求‌；MEGA TURN系列与FJV系列（BT50）支持脆性材料加工，可防止在加工石英玻璃和石墨等脆性材料时产生的细小切屑和油泥进入，可加工喷淋头流道结构的精密成型。

Microlution系列ML-5，图源/GF加工方案

GF加工方案的Microlution产品系列ML-5能够轻松应对孔径范围0.025 -0.5mm的超精细加工需求，实现孔径精度±2μm的极致控制，加工深径比高达10:1，且孔径位置精度小于2μm；还可以高效加工产品轮廓及其它几何特征，达到没有刀具磨损与热影响区，适用于半导体硬脆材料的高精密微孔加工。

JDHGMG600，图源/北京精雕

北京精雕的JDHGMG600三轴高速磨削中心具有微米级精度的加工能力，不仅擅长玻璃、陶瓷、硅等脆性材料的磨削加工，更是可以实现2~5μm精度的精密磨削。

以单晶硅喷淋盘为例，搭配PCD钻头，JDHGMG600可以加工长径比高达28:1的微孔，同时将孔径尺寸和空间相对位置精度都控制在±10μm，并做到孔口无崩边、无裂纹。

图源/北京精雕

值得一提的是，在明年3月底的ITES深圳工业展—江南官方体育app下载安装苹果的现场，除了能看到山崎马扎克、GF加工方案以及北京精雕之外，还会有牧野、创世纪机械、乔锋智能、朗恩精密、汉锐科特、希村、向辉、桂林桂北、安达等企业，带着最新产品与半导体等行业解决方案集中亮相，敬请期待！

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