前沿材料

******新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究第三方智庫。由******科技部批準（國科高字【2001】116號）；看報告，找項目，約專家，盡在前沿材料！

1553篇原創(chuàng)內(nèi)容

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在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，半導(dǎo)體制造設(shè)備是我國卡脖子的問題，也是重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。近幾年，隨著******政策的調(diào)整，半導(dǎo)體行業(yè)迅速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模急速增大，半導(dǎo)體制造設(shè)備持續(xù)向精密化、復(fù)雜化演變，高精密陶瓷關(guān)鍵部件的技術(shù)要求也越來越高。

2022年的全國兩會，各民主黨派圍繞中共中央和******重要決策部署，圍繞社會公眾關(guān)心的重要民生問題，發(fā)揮自身優(yōu)勢，提出了一系列意見建議，為黨和政府科學決策提供了重要參考。人民網(wǎng)·中國共產(chǎn)黨新聞網(wǎng)和中國統(tǒng)一戰(zhàn)線新聞網(wǎng)聯(lián)合推出2022年全國兩會各民主黨派提案選登專欄，選登各民主黨派中央擬提交全國政協(xié)十三屆五次會議的部分提案。其中，臺盟中央擬提交關(guān)于進一步加快半導(dǎo)體精密陶瓷部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的提案。

該提案強調(diào)，作為半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵部件，精密陶瓷部件的研發(fā)生產(chǎn)直接影響著半導(dǎo)體裝備制造業(yè)乃至整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。可以說，精密陶瓷部件是整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。因此，無論從經(jīng)濟安全角度還是產(chǎn)業(yè)成本角度考慮，要突破我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨的卡脖子窘境，必須重視精密陶瓷部件等半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化發(fā)展。

活躍于半導(dǎo)體制造裝置中的主要精密陶瓷零部件

一、精密陶瓷在半導(dǎo)體中的應(yīng)用

半導(dǎo)體設(shè)備需要大量的精密陶瓷部件。由于陶瓷具有高硬度、高彈性模量、高耐磨、高絕緣、耐腐蝕、低膨脹等優(yōu)點，可用作硅片拋光機、外延/氧化/擴散等熱處理設(shè)備、光刻機、沉積設(shè)備，半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備，離子注入機等設(shè)備的零部件。半導(dǎo)體陶瓷有氧化鋁、氮化硅、氮化鋁、碳化硅等，在半導(dǎo)體設(shè)備中，精密陶瓷的價值約占16%左右。

1、氧化鋁(Al?O?)

氧化鋁在半導(dǎo)體裝備中使用***為廣泛的精密陶瓷材料。具有材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，機械強度高，硬度高，熔點高，抗腐蝕，化學穩(wěn)定性優(yōu)良，電阻率大，電絕緣性能好等優(yōu)點，在半導(dǎo)體設(shè)備中應(yīng)用廣泛。

在半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中，刻蝕機腔室材料作為晶圓污染的主要來源，等離子刻蝕對其影響程度決定了晶圓的良率、質(zhì)量、刻蝕工藝的穩(wěn)定性等等。因此，刻蝕機腔室材料的選用尤為重要。當前，主要采用高純Al?O?涂層或Al?O?陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內(nèi)部件的防護材料。除了腔體以外，等離子體設(shè)備的氣體噴嘴，氣體分配盤和固定晶圓的固定環(huán)等也需用到氧化鋁陶瓷。

搬運臂（圖源：京瓷）

在晶圓硅晶片的搬運中，會應(yīng)用到氧化鋁陶瓷制成的陶瓷機械手臂。氧化鋁陶瓷和碳化硅陶瓷都具備致密質(zhì)、高硬度、高耐磨性的物理性質(zhì)，以及良好的耐熱性能、優(yōu)良的機械強度，高溫環(huán)境仍具有良好的絕緣性、良好的抗腐蝕性等物理性能，是用于制作半導(dǎo)體設(shè)備機械手臂的絕佳材料。從材料性質(zhì)來看，碳化硅陶瓷用于制作陶瓷機械手臂較為合適，但是從材料價格、加工難度等經(jīng)濟方面來說，氧化鋁陶瓷機械手臂的性價比更高。

此外，在晶圓拋光工藝中，氧化鋁陶瓷可被廣泛應(yīng)用于拋光板、拋光磨墊校正平臺、真空吸盤等。

2、碳化硅(SiC)

碳化硅具有高導(dǎo)熱性、高溫機械強度、高剛度、低熱膨脹系數(shù)、良好的熱均勻性、耐腐蝕性、耐磨耗性等特性。碳化硅在高達1400℃的極端溫度下，其仍能保持良好的強度。采用碳化硅陶瓷的研磨盤由于硬度高而磨損小，且熱膨脹系數(shù)與硅晶片基本相同，因而可以高速研磨拋光。

碳化硅刻蝕托盤

在硅晶片生產(chǎn)時，需要經(jīng)過高溫熱處理，常使用碳化硅夾具運輸，其耐熱、無損，可在表面涂敷類金剛石（DLC）等涂層，可增強性能，緩解晶片損壞，同時防止污染擴散。此外，碳化硅陶瓷還可應(yīng)用在XY平臺、基座、聚焦環(huán)、拋光板、晶圓夾盤、真空吸盤、搬運臂、爐管、晶舟、懸臂槳等。

3、氮化鋁(AIN)

高純氮化鋁陶瓷具有卓越的熱傳導(dǎo)性，耐熱性、絕緣性，熱膨脹系數(shù)接近硅，且具有優(yōu)異的等離子體抗性，產(chǎn)品熱量分布均勻?？蓱?yīng)用于晶片加熱的加熱器、靜電夾盤等。

氮化鋁加熱板（圖源：coorstek）

4、氮化硅(Si₃N₄)

氮化硅(Si₃N₄）是斷裂韌性高、耐熱沖擊性強、高耐磨耗性、高機械強度、耐腐蝕的材料。可應(yīng)用于半導(dǎo)體設(shè)備的平臺、軸承等部件。

二、精密陶瓷在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

1、半導(dǎo)體設(shè)備市場將突破千億美元，陶瓷部件占成本10%以上

近期，美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SIA）表示，2021年全球芯片銷售額達到創(chuàng)紀錄的5559億美元，較上年增長26.2%。該協(xié)會預(yù)計，隨著芯片制造商繼續(xù)擴大產(chǎn)能以滿足需求，2022年全球芯片銷售額將增長8.8%。

圖片來源：pixabay

• 半導(dǎo)體市場迅猛發(fā)展的同時帶飛了上游設(shè)備市場。

據(jù)了解，繼2020年同比增長17%以及2021年同比增長39%之后，晶圓廠設(shè)備支出預(yù)計在2022將繼續(xù)保持增長。SEMI(國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會)指出，2022年全球前端晶圓廠設(shè)備(不含封裝測試的前道工藝設(shè)備，一般為晶圓制造設(shè)備)支出預(yù)計將超過980億美元，達到歷史新高，連續(xù)第三年實現(xiàn)增長。

• 精密陶瓷已成為半導(dǎo)體設(shè)備的關(guān)鍵部件，成本占10%以上。

在高端光刻機中，為實現(xiàn)高制程精度，需要廣泛采用具有良好的功能復(fù)合性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、尺寸精度的陶瓷零部件，如E-chuck、Vacumm-chuck、Block、磁鋼骨架水冷板、反射鏡、導(dǎo)軌等，這些關(guān)鍵部件一般選用精密陶瓷材料。

硅片用碳化硅真空吸盤（來源：中國建筑材料科學研究總院）

在刻蝕設(shè)備中，刻蝕機腔室材料作為晶圓污染的主要來源，等離子刻蝕對其影響程度決定了晶圓的良率、質(zhì)量、刻蝕工藝的穩(wěn)定性等等。因此，研究和開發(fā)出一種極其耐刻蝕腔體材料成為半導(dǎo)體集成產(chǎn)業(yè)以及等離子刻蝕技術(shù)中一項極具挑戰(zhàn)的任務(wù)。當前，主要采用高純Al?O?涂層或Al?O?陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內(nèi)部件的防護材料。除了腔體以外，等離子體設(shè)備的氣體噴嘴，氣體分配盤和固定晶圓的固定環(huán)等也需用到精密陶瓷。

一臺半導(dǎo)體設(shè)備看似是用金屬及塑料打造的，其實里面隱藏著非常多極具技術(shù)含量的精密陶瓷部件?？傊?，精密陶瓷在半導(dǎo)體設(shè)備中的應(yīng)用遠比我們想象中要多。

2、當前全球競爭格局

目前國外在集成電路核心裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件的研發(fā)和應(yīng)用方面走在前列的公司有日本京瓷、美國CoorsTek、德國BERLINERGLAS等，其中，京瓷和CoorsTek公司占據(jù)了集成電路核心裝備用高端精密陶瓷結(jié)構(gòu)件市場份額的70%。

京瓷及CoorsTek制造的高端陶瓷零部件具有材料體系齊全、性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度高等特點，所制造的精密陶瓷結(jié)構(gòu)件幾乎涵蓋了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)陶瓷材料體系，如氧化鋁、碳化硅、氮化硅、氮化鋁等；結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用領(lǐng)域也幾乎覆蓋了全部集成電路核心裝備，形成了一系列型號齊全、品種多樣的精密陶瓷結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品，如美國CoorsTek公司能夠提供光刻機專用組件、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；京瓷能夠提供光刻機、晶圓制造設(shè)備、刻蝕機、沉積設(shè)備（CVD、濺射）、LCD等裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件。我國在集成電路核心裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件的研發(fā)和應(yīng)用方面起步較晚，在大尺寸、高精度、中空、閉孔、輕量化結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)陶瓷零部件的制備領(lǐng)域有諸多關(guān)鍵技術(shù)問題有待突破。

3、我國面臨的問題

本次臺盟中央擬提交的關(guān)于進一步加快半導(dǎo)體精密陶瓷部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的提案指出了我國精密陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題并給出了重要建議。其中，目前我國精密陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在以下問題：

一是研發(fā)體系不健全，具備研發(fā)實力的核心企業(yè)長期缺位。在科研層面，我國清華大學、中科院上海硅酸鹽研究所等科研院單位在精密陶瓷研發(fā)方面雖然有很好的積累，但上世紀九十年代末之后研發(fā)投入幾乎停止，精密陶瓷應(yīng)用收窄，高端產(chǎn)品止步于實驗室而難以量產(chǎn)。在企業(yè)層面，陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈長期存在大而不強的問題，尤其原料環(huán)節(jié)陶瓷粉體制備水平較日本、德國等仍然差距很大，目前國內(nèi)結(jié)構(gòu)陶瓷基本限于大量低端陶瓷制品，而且規(guī)模都不突出，難以具備足夠的研發(fā)實力。

二是國內(nèi)半導(dǎo)體系統(tǒng)、制造及封測廠商慣性采購國外設(shè)備與部件，國產(chǎn)部件與材料進入采購體系的難度大。國內(nèi)部件產(chǎn)品正處于關(guān)鍵的摸索提升期，短期難以通過設(shè)備龍頭企業(yè)的OEM品質(zhì)******，更需要國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈骨干企業(yè)的耐心參與及聯(lián)合培育。

三是關(guān)鍵材料的產(chǎn)業(yè)投入有待加強。由于研發(fā)周期長、開發(fā)難度大等因素，目前，對精密陶瓷部件等關(guān)鍵材料的產(chǎn)業(yè)投入不足。以******集成電路產(chǎn)業(yè)基金為例，對裝備及材料產(chǎn)業(yè)的投入僅占其投資總額的3%，這與其地位作用不匹配。

三、對我國精密陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建議

1、培育潛力企業(yè)，發(fā)揮行業(yè)帶動作用。

建議******有關(guān)部門在落實《******集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》中，進一步加大對精密陶瓷部件研發(fā)和產(chǎn)業(yè)的支持。通過整合科研系統(tǒng)與行業(yè)協(xié)會、聯(lián)盟，在全國范圍內(nèi)集中資源優(yōu)先甄選扶植一批具有國際競爭力的潛力企業(yè)，從而帶動全行業(yè)企業(yè)發(fā)展。

2、加強產(chǎn)業(yè)協(xié)同，整合國內(nèi)產(chǎn)業(yè)資源。

建議******有關(guān)部門鼓勵國有裝備、材料、化工等大型企業(yè)參與精密陶瓷行業(yè)發(fā)展。制定裝備及配件國產(chǎn)化的指導(dǎo)性目標，建立財政引導(dǎo)與科技保險相結(jié)合的關(guān)鍵部件材料國產(chǎn)化引導(dǎo)機制，通過政府財政與市場化保險產(chǎn)品的保障支持，鼓勵國內(nèi)半導(dǎo)體裝備企業(yè)采購國產(chǎn)精密陶瓷部件。鼓勵企業(yè)及院校聯(lián)合建立技術(shù)研發(fā)與檢測******機構(gòu)，加快建立精密陶瓷等關(guān)鍵部件及材料國產(chǎn)化的科技服務(wù)體系。

3、強化涉企保障，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。

建議******有關(guān)部門在精密陶瓷產(chǎn)業(yè)聚集地設(shè)立知識產(chǎn)權(quán)協(xié)助中心，通過縮短知識產(chǎn)權(quán)審核授權(quán)周期、加大侵權(quán)懲戒力度等方式，指導(dǎo)并協(xié)助企業(yè)處理知識產(chǎn)權(quán)糾紛，保護研發(fā)創(chuàng)新動力。吸引精密陶瓷重點企業(yè)落戶保稅區(qū)，通過有限區(qū)域的稅收政策差異化，緩解半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)當前的研發(fā)攻關(guān)成本壓力。同時，圍繞精密陶瓷企業(yè)專業(yè)技術(shù)人才培育，加強政策統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，支持地方做好核心團隊成員的落戶、子女就學、醫(yī)療等配套保障，尤其是從國外領(lǐng)先企業(yè)的引進人才團隊的服務(wù)支持。

4、發(fā)揮市場作用，加大產(chǎn)業(yè)投入力度。

建議進一步完善上交所、深交所交易功能，借助北京證券交易所的建立新契機，在三家******級交易所創(chuàng)新設(shè)立精密陶瓷等新材料板塊，精準支持具有核心競爭力的新材料中小企業(yè)。鼓勵保險、信托等長期資金加大對******未上市中小企業(yè)的股權(quán)投資，打通資本融入、退出的合理通道，為進一步支持新材料類硬核科技企業(yè)成長清障提速。

參考來源：人民網(wǎng)·中國共產(chǎn)黨新聞網(wǎng)、中國電子報、路透社

END

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21篇原創(chuàng)內(nèi)容

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本文作者：材料委天津院

公司發(fā)展至今已擁有一批******的進口設(shè)備 : 進口高精密CNC加工銑床，CNC高精密加工車床，北京精密零件加工，進口模型批量真空制作機， 高亮度uv機，噴漆房，烤漆柜，圖標文字絲印機，鐳雕激光機，噴砂機，打孔攻絲機、火花機、線切割設(shè)備等等。

本文責編：閆琳

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