半導体製造装置では、薬液やプラズマにさらされる箇所に樹脂部品が数多く使われています。エッチングや洗浄で使う配管・シール材から、ウエハーを運ぶキャリアまで、用途によって求められる樹脂は異なります。
この記事では、半導体装置で樹脂が採用される理由、工程ごとの代表的な部品、PEEK・PTFE・PFAなど主要素材の比較、そして切削加工で作るメリットと発注時に伝えたい情報をお伝えします。
半導体装置で金属ではなく樹脂部品が使われる理由
薬液やプラズマに強く金属汚染を避けられる
半導体の製造工程では、フッ酸や硫酸などの強い薬液が日常的に使われます。ステンレスやアルミといった金属は、こうした薬液に触れるとイオンが溶出し、ウエハー上に金属汚染（メタルコンタミネーション）を引き起こす恐れがあります。
フッ素樹脂やPEEKなどのエンジニアリングプラスチックは薬液への耐性が高く、金属イオンの溶出がないため、半導体の品質を守る材料として採用されています。
絶縁性と軽さが求められる場面
プラズマ処理や電気的な検査工程では、絶縁性が欠かせません。金属部品では通電や漏電のリスクがある箇所に、樹脂が使われます。さらに樹脂は金属よりも軽いため、高速で動く搬送アームやハンドリング機構の部品としても適しています。
工程別に見る樹脂部品の用途
| 工程 | 代表的な樹脂部品 | 求められる特性 |
|---|---|---|
| エッチング・洗浄 | 配管、継手、バルブ、ガスケット | 耐薬品性、耐熱性 |
| 成膜（CVD/PVD） | シール材、Oリング、ベローズ | 耐熱性、真空シール性 |
| 搬送・検査 | ウエハーキャリア、チップトレイ、搬送ハンド | クリーン性、寸法安定性 |
| 薬液供給 | ノズル、ダイヤフラム、チューブ | 耐薬品性、非汚染性 |
エッチング・洗浄などウェット工程
フッ酸や過酸化水素水を使うウェット工程では、配管や継手にPTFE・PFAが多く採用されます。これらのフッ素樹脂は、ほぼすべての薬液に対して安定しており、薬液の純度を保つうえで欠かせない素材です。バルブのシート部やガスケットにも使われます。
成膜や真空まわりのシール部品
CVDやPVDなどの成膜工程では、チャンバー内を高温・真空にするため、シール部品に耐熱性と寸法安定性が求められます。PEEKは連続使用温度が約250℃と高く、真空環境でもアウトガスが少ないため、Oリングやベローズの素材に選ばれています。
ウエハー搬送と検査まわり
ウエハーを傷つけず、パーティクル（微粒子）を発生させずに運ぶには、クリーン性の高い樹脂が必要です。チップトレイやウエハーキャリアにはPEEKやPOMが使われ、搬送ハンドには超高分子量ポリエチレンが採用される場合もあります。
主な樹脂素材の特徴と選び方
| 素材 | 耐熱温度（連続） | 耐薬品性 | 主な用途 |
|---|---|---|---|
| PEEK | 約250℃ | ◎（強酸以外） | シール材、継手、搬送部品 |
| PTFE | 約260℃ | ◎（ほぼ全薬液） | 配管、ガスケット、バルブシート |
| PFA | 約260℃ | ◎（ほぼ全薬液） | 高純度配管、チューブ |
| PPS | 約220℃ | ○ | 構造部品、ハウジング |
| PCTFE | 約120℃ | ◎ | バルブ、真空シール |
耐薬品性を優先する場合
フッ酸や硝酸など強酸を扱う工程では、PTFE・PFAが第一候補です。どちらもフッ素樹脂であり、ほぼすべての薬液に耐えます。PTFEは汎用性が高くコストも抑えやすく、PFAは溶融加工ができるため複雑な配管形状にも対応できます。
▶関連記事：PTFE切削の詳しい発注方法は「テフロン切削（PTFE切削）で見積依頼をするときのポイント」で解説しています。
耐熱性と強度を優先する場合
PEEKは耐熱性・機械的強度・寸法安定性のバランスに優れ、真空チャンバーまわりやシール材に多く使われます。フッ素樹脂と比べると強酸への耐性はやや劣りますが、荷重がかかる部品や精密な嵌合が求められる部品に適しています。
▶ 関連記事：PEEKの加工上の注意点は「PEEKの切削ってなぜ難しい？」をご覧ください。
切削加工で樹脂部品をつくるメリット
成形やコーティングとの違い
樹脂部品の製造方法には、射出成形、コーティング、切削加工があります。射出成形は大量生産に向きますが、金型の初期費用が高く、小ロットや試作には不向きです。コーティングは金属部品の表面処理に使いますが、部品そのものを樹脂で作りたい場合には対応できません。切削加工は金型が不要で、1個から高精度な部品を製作でき、設計変更にも柔軟に対応できます。
半導体機器向けの加工実績
ミワレイズでは、NC旋盤を使った半導体機器向けの樹脂部品を加工しています。MCナイロン、超高分子量ポリエチレン、POMといった素材で、インシュレーターや機器組み込み部品の実績があります。PEEK・PTFEの切削にも対応しており、小ロットから量産まで一貫して受けられる体制を整えています。
半導体向けの樹脂部品を依頼するときに伝えたい情報
素材と公差、使用薬液と温度
まず指定したいのは樹脂の種類と寸法公差です。同じPTFEでも純PTFE・変性PTFEでは特性が異なります。使用する薬液の種類と濃度、接触温度もあわせて伝えると、加工業者が素材選定や加工条件の判断をしやすくなります。
清浄度や洗浄仕様の条件
クリーンルーム内で使う部品の場合、パーティクルの発生量やアウトガスの基準を伝えることが重要です。仕上げ加工後の洗浄方法（超純水洗浄、IPA洗浄など）や梱包方法（クリーンパック対応の有無）も、事前に共有しておくと仕上がりのトラブルを防げます。
▶ 関連記事：品質管理全般については「樹脂切削量産加工品の品質管理｜材料確認から出荷までの全工程を徹底解説」もあわせてご確認ください。
まとめ: 半導体装置の樹脂部品は素材選びと加工精度がカギ
半導体製造装置の樹脂部品は、工程ごとに求められる耐薬品性・耐熱性・クリーン性が異なります。適切な素材を選び、切削加工で精密に仕上げることで、装置の安定稼働と歩留まり向上につながります。半導体向けの樹脂部品でお困りの方は、お気軽にお問い合わせください。
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