集成電路制造裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件的特點及產(chǎn)業(yè)格局

集成電路產(chǎn)業(yè)(即IC產(chǎn)業(yè))是關(guān)乎國家經(jīng)濟、政治和國防安全的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，在IC產(chǎn)業(yè)中，集成電路制造裝備具有極其重要的戰(zhàn)略地位。以***為代表的集成電路關(guān)鍵裝備是現(xiàn)代技術(shù)高度集成的產(chǎn)物，其設(shè)計和制造過程均能體現(xiàn)出包括材料科學(xué)與工程、機械加工等在內(nèi)的諸多相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的最高水平。

例如，對于材料科學(xué)與工程學(xué)科而言，集成電路制造關(guān)鍵裝備要求零部件材料具有輕質(zhì)高強、高導(dǎo)熱系數(shù)和低熱膨脹系數(shù)等特點，且致密均勻無缺陷；對于機械加工學(xué)科而言，集成電路制造關(guān)鍵裝備則要求零部件具有極高的尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性，以保證設(shè)備實現(xiàn)超精密運動和控制。

在國內(nèi)，中國建筑材料科學(xué)研究總院率先開展了極大規(guī)模集成電路制造裝備用精密碳化硅結(jié)構(gòu)件的制備工藝研究，攻克了以***為代表的集成電路制造關(guān)鍵裝備用大尺寸、中空薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、精密碳化硅結(jié)構(gòu)件制備的技術(shù)難關(guān)，形成一系列自主知識產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，制備出了諸如碳化硅真空吸盤、導(dǎo)軌、反射鏡、工件臺等一系列***用精密碳化硅結(jié)構(gòu)件，滿足了***等集成電路制造關(guān)鍵裝備用精密結(jié)構(gòu)件的使用要求，推動了我國集成電路關(guān)鍵裝備的獨立自主健康發(fā)展。

集成電路制造裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件的特點 >>

集成電路制造關(guān)鍵技術(shù)及裝備主要有包括光刻技術(shù)及光刻裝備、薄膜生長技術(shù)及裝備、化學(xué)機械拋光技術(shù)及裝備、高密度后封裝技術(shù)及裝備等，均涉及高效率、高精度、高穩(wěn)定性的運動控制技術(shù)和驅(qū)動技術(shù)，對結(jié)構(gòu)件的精度和結(jié)構(gòu)材料的性能提出了極高的要求。

以***中工件臺為例，該工件臺主要負責完成曝光運動，要求實現(xiàn)高速、大行程、六自由度的納米級超精密運動，如對于100nm分辨率、套刻精度為33nm和線寬為10nm的***，其工件臺定位精度要求達到10nm，掩模硅片同時步進和掃描速度分別達到150nm/s和120nm/s，掩模掃描速度接近500nm/s，并且要求工件臺具有非常高的運動精度和平穩(wěn)性。

① 高度輕量化：為降低運動慣量，減輕電機負載，提高運動效率、定位精度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)件普遍采用輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計，其輕量化率為60%~80%，最高可達到90%；

② 高形位精度：為實現(xiàn)高精度運動和定位，要求結(jié)構(gòu)件具有極高的形位精度，平面度、平行度、垂直度要求小于1μm，形位精度要求小于5μm；

③ 高尺寸穩(wěn)定性：為實現(xiàn)高精度運動和定位，要求結(jié)構(gòu)件具有極高的尺寸穩(wěn)定性，不易產(chǎn)生應(yīng)變，且導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)低，不易產(chǎn)生大的尺寸變形；

④ 清潔無污染：要求結(jié)構(gòu)件具有極低的摩擦系數(shù)，運動過程中動能損失小，且無磨削顆粒的污染。

碳化硅材料具有極高的彈性模量、導(dǎo)熱系數(shù)和較低的熱膨脹系數(shù)，不易產(chǎn)生彎曲應(yīng)力變形和熱應(yīng)變，并且具有極佳的可拋光性，可以通過機械加工至優(yōu)良的鏡面；因此采用碳化硅作為***等集成電路關(guān)鍵裝備用精密結(jié)構(gòu)件材料具有極大的優(yōu)勢。但是傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝如注漿、干壓等很難實現(xiàn)諸如***工作臺這類復(fù)雜部件的制備。為此，中國建材總院研發(fā)出一系列成型、燒結(jié)技術(shù)，解決了采用碳化硅材料制作此類部件的國產(chǎn)化問題。

集成電路制造裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件產(chǎn)業(yè)格局 >>

目前全球集成電路制造裝備支出達到500億美元，其中陶瓷結(jié)構(gòu)件占支出的20%以上。目前IC制造裝備用高端碳化硅陶瓷零部件70%被Kyocera、CoorsTek兩家公司壟斷，剩余部分也被歐美日企業(yè)所占據(jù)。

Kyocera和CoorsTek產(chǎn)品的特點是種類齊全、市場覆蓋面廣，以半導(dǎo)體用陶瓷組件為例，CoorsTek提供的精密陶瓷結(jié)構(gòu)件涵蓋了***專用組件、等離子刻蝕設(shè)備專用組件、PVD/CVD專用組件、離子注入設(shè)備專用組件、晶片吸附固定傳輸專用組件等一系列產(chǎn)品；Kyocera則提供***、晶圓制造設(shè)備、刻蝕機、沉積設(shè)備(CVD、PVD)、液晶面板(LCD)制造裝備等專用的陶瓷零部件。

我國集成電路關(guān)鍵裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件的自主研究和國產(chǎn)化應(yīng)用推廣才剛剛起步，隨著我國半導(dǎo)體工業(yè)的蓬勃發(fā)展，市場對該類高端陶瓷結(jié)構(gòu)件的需求會越來越大，碳化硅以其優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在集成電路關(guān)鍵裝備用結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，中國建材總院在該領(lǐng)域已經(jīng)進行了初步的研制與探索并取得了良好的成果。

審核編輯：劉清