半导体行业白皮书丨DMG MORI：石英玻璃环加工

高性能芯片的生产是全球制造业中难度极高的领域之一。随着芯片性能需求的提升，晶体管和处理器架构已进入纳米级时代。复杂精密的光刻系统通过“掩膜板”将微小结构投影到硅晶片的“光刻胶”上，随后在蚀刻机中进行蚀刻形成晶圆。这一过程对零部件的精度和耐磨性提出了极高要求，其中安装在蚀刻系统工艺腔内的石英玻璃环便是典型代表。

在半导体行业，石英玻璃环是蚀刻系统工艺腔内的核心零部件

针对硬脆材料石英玻璃的精密加工，DMG MORI推出的超声加工技术提供了经济且高质量的解决方案。相比传统磨削，超声辅助加工显著降低了切削力，从而减少了微裂纹及亚表面损伤（SSD）深度。ULTRASONIC 50机床配备直驱回转轴及灵活的5轴运动特性，可实现旋转对称石英玻璃环的一次装夹完整加工，涵盖相关孔槽处理，确保高精度交付。

微电子产品已渗透至手机、计算机及汽车电子等各个领域。为满足高性能处理器需求并保持全球竞争力，半导体行业投入高达数十亿美元，其中光刻系统占据核心地位。通过深紫外光（DUV）或极紫外光（EUV）技术，光刻系统能在指甲盖大小的面积上投影出多达150亿个纳米级晶体管。光刻后的湿式或气体蚀刻工艺同样关键，而这些复杂精密设备零部件的生产，成为切削加工领域极具挑战的任务。

现代光刻系统用于制造数十亿个晶体管的现代化、高性能处理器

光刻机和蚀刻系统的零部件均需极高精度，从钛合金机身到碳化硅晶圆卡盘无一例外。石英玻璃环凭借高化学纯度、耐热性及低热膨胀系数，成为蚀刻机的理想材料。然而，其高硬度使得传统铣削技术难以甚至无法有效加工。DMG MORI凭借多年的超声辅助加工技术积累，已在半导体头部企业中成功应用，解决了这一难题。

蚀刻机中的石英玻璃环通常为直径300至400 mm的高精度旋转对称件。以图中所示为例，其外径为352 mm，高度为40 mm。环上复杂的孔和槽结构增加了加工难度，需借助配有回转摆动工作台的5轴联动加工中心，通过一次装夹实现经济高效的处理。

石英玻璃环上设有槽和孔，这些部位只能通过5轴联动加工中心一次装夹经济地加工

石英玻璃（SiO2）由高硬度的硅氧晶体组成，具备优异的耐热性、低热膨胀系数及从紫外到红外光谱的高透明度。由于其硬度极高，传统刀具在车削和铣削时面临极限挑战，必须使用超高硬度金刚石刀具。此外，石英玻璃环的形位公差需小于10 μm，表面粗糙度需优于Ra = 0.2 μm，法兰面甚至需达到Ra = 0.05 μm。传统磨削工艺虽可达标但耗时较长，而DMG MORI的ULTRASONIC超声加工机床通过超声辅助磨削，能更高效地满足这些严苛要求。

ULTRASONIC超声加工可实现Ra = 0.05 μm的高表面质量

DMG MORI的ULTRASONIC技术通过叠加刀具旋转与纵向超声振动（振幅<15 μm），利用感应方式传输能量。该系统具备超声参数检测（UPD）和自动调节（UAT）功能，可在加工中减少高达50%的切削力，提升进给速度和进刀量，材料切除速度最高可达传统的3倍。这一技术显著减轻了亚表面损伤（SSD），减少了后续抛光工序，从而降低了总体生产成本，特别适用于光学和半导体行业的硬脆材料加工。

ULTRASONIC 50是DMG MORI ULTRASONIC超声加工中心产品线中的一款机型，可十分经济地加工石英玻璃环和其它半导体行业的零部件

ULTRASONIC 50将创新超声技术与5轴加工中心及回转摆动工作台完美整合。直驱C轴与旋转主轴配合，实现类似FD铣/车复合的加工效果，但在超声模式下刀具与C轴联动旋转，进一步优化了切削性能和工件精度。加工一件石英玻璃环的周期时间约为40至60分钟，材料切除率约165,000 mm³/h。

ULTRSONIC 50将超声辅助加工与灵活的5轴运动特性结合在一起，可高生产力地加工复杂几何特征

为实现无人值守和灵活生产，ULTRASONIC 50可标配DMG MORI PH 150自动化系统。该系统的回转托盘库可容纳8件毛坯，支持石英玻璃环的连续自动化生产。

ULTRASONIC 50超声加工中心可在右侧配置PH 150托盘搬运系统，实现生产自动化

ULTRASONIC 50超声加工中心凭借工艺可靠、精密高效的特点，结合超声辅助与5轴运动优势，成为半导体行业工件生产的理想选择。其周期时间短于传统工艺，体现了工艺整合在加工转型（MX）中的核心价值。DMG MORI正通过整合自动化、数字化转型（DX）和绿色转型（GX），为半导体行业提供可持续的生产优势。

多年来，DMG MORI持续支持ASML等半导体行业巨擎，不断突破技术极限。从精密DMU duoBLOCK加工中心处理光刻系统框件，到ULTRASONIC技术处理关键部件，DMG MORI凭借丰富的行业经验和专家资源，提供量身定制的一站式生产解决方案，助力客户在全球竞争中保持高效率与经济性。

多年来，DMG MORI在半导体行业积累了丰富的经验，可为半导体行业提供创新的生产解决方案，满足半导体行业的更高需求