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質(zhì)量流量控制器：半導(dǎo)體氣路系統(tǒng)的核心基石

2026-06-11 15:40:28

在半導(dǎo)體制造工藝中，刻蝕、薄膜沉積、離子注入、清洗以及CMP（化學(xué)機械拋光）等核心工藝中，離不開對各類氣體流量的精密測量與精準(zhǔn)控制。作為半導(dǎo)體設(shè)備氣路系統(tǒng)的核心零部件，質(zhì)量流量控制器（Mass Flow Controller，簡稱MFC）承擔(dān)著這“硬核”支撐。據(jù)市場數(shù)據(jù)，2024年中國半導(dǎo)體行業(yè)MFC應(yīng)用市場規(guī)模達12.3億元，同比增長9.82%；預(yù)計到2028年，全球MFC市場價值將攀升至33億美元，復(fù)合年增長率高達14.0%，而國內(nèi)市場增速更有望達到20%～30%。

MFC的核心價值，源于其對半導(dǎo)體級嚴(yán)苛要求的全面響應(yīng)。為滿足工藝需求，MFC必須具備高精度（±0.5%FS以上）、耐腐蝕、寬量程（覆蓋sccm至slm級）以及毫秒級的快速響應(yīng)能力，并滿足半導(dǎo)體行業(yè)對流體純凈度和工藝穩(wěn)定性的嚴(yán)苛要求。典型應(yīng)用場景包括沉積、蝕刻、離子注入、清洗、CMP等設(shè)備，以及氣體供應(yīng)系統(tǒng)和立式爐/臥式爐等。

▲ ACU10FD數(shù)字型質(zhì)量流量控制器

MFC由高靈敏度測量傳感器、精密控制閥與流量計算器協(xié)同構(gòu)成，實時檢測氣體瞬時質(zhì)量流量，并通過閉環(huán)控制實現(xiàn)毫厘不差的調(diào)節(jié)。以ACU10FD、ACU20FD系列氣體質(zhì)量流量控制器為例，該系列專門為半導(dǎo)體設(shè)備量身打造，突出表現(xiàn)為穩(wěn)定性卓越、精度高、零漂極小和響應(yīng)迅速。深刻理解半導(dǎo)體制程對顆粒及污染近乎苛刻的要求，該系列產(chǎn)品所有與氣體接觸的表面均采用全金屬材質(zhì)，并經(jīng)過嚴(yán)格的表面處理；從組裝到標(biāo)定，全部工序均在潔凈環(huán)境中完成，從根本上杜絕了污染風(fēng)險。此外，在工業(yè)現(xiàn)場的復(fù)雜電磁環(huán)境中，該系列產(chǎn)品展現(xiàn)出卓越的抗干擾能力，并全面支持?jǐn)?shù)字、模擬電壓/電流信號以及MODBUS 485/232等多種通訊協(xié)議，賦予了設(shè)備極高的系統(tǒng)集成靈活性。

▲ ACU20FD數(shù)字型氣體質(zhì)量流量控制器

MFC的精密控制依賴于測量傳感器、控制閥和流量計算器的高度協(xié)同。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向更先進的制程節(jié)點邁進，MFC的技術(shù)壁壘也在不斷攀升。一方面，先進制程對氣體混合比例的精度要求近乎苛刻，微小的流量波動便可能導(dǎo)致刻蝕速率失控或薄膜厚度不均，進而引發(fā)整片晶圓報廢；另一方面，MFC還需應(yīng)對高真空、高溫以及腐蝕性氣體等極端工藝環(huán)境，這對傳感器的長期穩(wěn)定性和閥門的密封壽命提出了巨大挑戰(zhàn)。


然而，這一支撐著全球數(shù)千億美元半導(dǎo)體設(shè)備市場、自身規(guī)模達數(shù)十億美元的關(guān)鍵領(lǐng)域，長期以來面臨著較高的技術(shù)壁壘，也是我國半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈中亟待補齊的短板。MFC/MFM作為精密制造的基礎(chǔ)元件，雖然不像光刻機那樣引人注目，但卻是半導(dǎo)體設(shè)備可靠性的關(guān)鍵保障。實現(xiàn)MFC的國產(chǎn)化替代，不僅是降低供應(yīng)鏈成本、縮短交付周期的商業(yè)需求，更是保障國家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主可控的重要突破。