在半导体产业中，半导体制造设备是我国卡脖子的问题，也是重点鼓励发展的产业。近几年，随着国家政策的调整，半导体行业迅速发展，产业规模急速增大，半导体制造设备持续向精密化、复杂化演变，高精密陶瓷关键部件的技术要求也越来越高。
作为半导体生产设备的关键部件，精密陶瓷部件的研发生产直接影响着半导体装备制造业乃至整个半导体产业链的发展。可以说，精密陶瓷部件是整个半导体产业基础中的基础。因此，无论从经济安全角度还是产业成本角度考虑，要突破我国半导体产业面临的“卡脖子”窘境，必须重视精密陶瓷部件等半导体生产设备关键部件的国产化发展。
半导体设备需要大量的精密陶瓷部件。由于陶瓷具有高硬度、高弹性模量、高耐磨、高绝缘、耐腐蚀、低膨胀等优点，可用作硅片抛光机、外延/氧化/扩散等热处理设备、光刻机、沉积设备，半导体刻蚀设备，离子注入机等设备的零部件。半导体陶瓷有氧化铝、氮化硅、氮化铝、碳化硅等，在半导体设备中，精密陶瓷的价值约占16%左右。
氧化铝在半导体装备中使用最为广泛的精密陶瓷材料。具有材料结构稳定，机械强度高，硬度高，熔点高，抗腐蚀，化学稳定性优良，电阻率大，电绝缘性能好等优点，在半导体设备中应用广泛。在半导体刻蚀设备中，刻蚀机腔室材料作为晶圆污染的主要来源，等离子刻蚀对其影响程度决定了晶圆的良率、质量、刻蚀工艺的稳定性等等。因此，刻蚀机腔室材料的选用尤为重要。当前，主要采用高纯Al?O?涂层或Al?O?陶瓷作为刻蚀腔体和腔体内部件的防护材料。除了腔体以外，等离子体设备的气体喷嘴，气体分配盘和固定晶圆的固定环等也需用到氧化铝陶瓷。
在晶圆硅晶片的搬运中，会应用到氧化铝陶瓷制成的陶瓷机械手臂。氧化铝陶瓷和碳化硅陶瓷都具备致密质、高硬度、高耐磨性的物理性质，以及良好的耐热性能、优良的机械强度，高温环境仍具有良好的绝缘性、良好的抗腐蚀性等物理性能，是用于制作半导体设备机械手臂的绝佳材料。从材料性质来看，碳化硅陶瓷用于制作陶瓷机械手臂较为合适，但是从材料价格、加工难度等经济方面来说，氧化铝陶瓷机械手臂的性价比更高。此外，在晶圆抛光工艺中，氧化铝陶瓷可被广泛应用于抛光板、抛光磨垫校正平台、真空吸盘等。碳化硅具有高导热性、高温机械强度、高刚度、低热膨胀系数、良好的热均匀性、耐腐蚀性、耐磨耗性等特性。碳化硅在高达1400℃的极端温度下，其仍能保持良好的强度。采用碳化硅陶瓷的研磨盘由于硬度高而磨损小，且热膨胀系数与硅晶片基本相同，因而可以高速研磨抛光。
在硅晶片生产时，需要经过高温热处理，常使用碳化硅夹具运输，其耐热、无损，可在表面涂敷类金刚石（DLC）等涂层，可增强性能，缓解晶片损坏，同时防止污染扩散。此外，碳化硅陶瓷还可应用在XY平台、基座、聚焦环、抛光板、晶圆夹盘、真空吸盘、搬运臂、炉管、晶舟、悬臂桨等。高纯氮化铝陶瓷具有卓越的热传导性，耐热性、绝缘性，热膨胀系数接近硅，且具有优异的等离子体抗性，产品热量分布均匀。可应用于晶片加热的加热器、静电夹盘等。
氮化硅(Si3N4）是断裂韧性高、耐热冲击性强、高耐磨耗性、高机械强度、耐腐蚀的材料。可应用于半导体设备的平台、轴承等部件。1、半导体设备市场将突破千亿美元，陶瓷部件占成本10%以上近期，美国半导体产业协会（SIA）表示，2021年全球芯片销售额达到创纪录的5559亿美元，较上年增长26.2%。该协会预计，随着芯片制造商继续扩大产能以满足需求，2022年全球芯片销售额将增长8.8%。
据了解，继2020年同比增长17%以及2021年同比增长39%之后，晶圆厂设备支出预计在2022将继续保持增长。SEMI(国际半导体产业协会)指出，2022年全球前端晶圆厂设备(不含封装测试的前道工艺设备，一般为晶圆制造设备)支出预计将超过980亿美元，达到历史新高，连续第三年实现增长。
- 精密陶瓷已成为半导体设备的关键部件，成本占10%以上。
在高端光刻机中，为实现高制程精度，需要广泛采用具有良好的功能复合性、结构稳定性、热稳定性、尺寸精度的陶瓷零部件，如E-chuck、Vacumm-chuck、Block、磁钢骨架水冷板、反射镜、导轨等，这些关键部件一般选用精密陶瓷材料。
在刻蚀设备中，刻蚀机腔室材料作为晶圆污染的主要来源，等离子刻蚀对其影响程度决定了晶圆的良率、质量、刻蚀工艺的稳定性等等。因此，研究和开发出一种极其耐刻蚀腔体材料成为半导体集成产业以及等离子刻蚀技术中一项极具挑战的任务。当前，主要采用高纯Al?O?涂层或Al?O?陶瓷作为刻蚀腔体和腔体内部件的防护材料。除了腔体以外，等离子体设备的气体喷嘴，气体分配盘和固定晶圆的固定环等也需用到精密陶瓷。一台半导体设备看似是用金属及塑料打造的，其实里面隐藏着非常多极具技术含量的精密陶瓷部件。总之，精密陶瓷在半导体设备中的应用远比我们想象中要多。目前国外在集成电路核心装备用精密陶瓷结构件的研发和应用方面走在前列的公司有日本京瓷、美国CoorsTek、德国BERLINERGLAS等，其中，京瓷和CoorsTek公司占据了集成电路核心装备用高端精密陶瓷结构件市场份额的70%。京瓷及CoorsTek制造的高端陶瓷零部件具有材料体系齐全、性能优异、结构复杂、加工精度高等特点，所制造的精密陶瓷结构件几乎涵盖了现有结构陶瓷材料体系，如氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮化铝等；结构件的应用领域也几乎覆盖了全部集成电路核心装备，形成了一系列型号齐全、品种多样的精密陶瓷结构件产品，如美国CoorsTek公司能够提供光刻机专用组件、等离子刻蚀设备专用组件、PVD/CVD专用组件、离子注入设备专用组件、晶片吸附固定传输专用组件等一系列产品；京瓷能够提供光刻机、晶圆制造设备、刻蚀机、沉积设备（CVD、溅射）、LCD等装备用精密陶瓷结构件。我国在集成电路核心装备用精密陶瓷结构件的研发和应用方面起步较晚，在大尺寸、高精度、中空、闭孔、轻量化结构的结构陶瓷零部件的制备领域有诸多关键技术问题有待突破。
返回列表
网站首页
产品中心
关于金瑞欣
电话咨询