長期以來，國內半導體零部件市場一直被以日、美等國家壟斷，不僅價格高昂，服務周期長，還可能導致技術泄密，威脅到國家戰略安全。為此，國家調整了相關政策，在國產化發展的趨勢下，半導體設備精密陶瓷部件作為半導體制程中的關鍵部件，國內需求也將大幅增長。下面小編就盤點一些在半導體制程中常見的精密陶瓷部件。

表 半導體設備用常用先進陶瓷材料

半導體制造八個主要步驟

光刻

光刻的基本原理是利用光刻膠感光后因光化學反應而形成耐蝕性的特點，將掩模板上的圖形刻制到被加工表面上。其過程涉及高效率、高精度、高穩定性的運動控制技術和驅動技術，對結構件的精度和結構材料的性能提出了極高的要求。

碳化硅陶瓷具有高的彈性模量和比剛度，不易變形，并且具有較高的導熱系數和低的熱膨脹系數，熱穩定性高，是一種優良的結構材料。但由于碳化硅具有極高的硬度和顯著的脆性，精密加工難度大；此外，碳化硅熔點高，難以實現致密、近凈尺寸燒結。對于大尺寸、復雜異形中空結構的精密碳化硅結構件的制備難度較高，目前只有日本、美國等少數幾個發達國家的少數企業（如日本京瓷、美國CoorsTek等）成功地將碳化硅陶瓷材料應用于如光刻機用碳化硅工件臺、導軌、反射鏡、陶瓷吸盤、手臂等集成電路制造關鍵裝備中。

光刻機工作臺

刻蝕

刻蝕是半導體制造工藝中的一個重要步驟，在半導體刻蝕設備中，等離子刻蝕機工藝腔和腔體內部件在刻蝕過程中會受到高密度、高能量的等離子體轟擊而造成嚴重腐蝕，一方面會縮短部件的使用壽命，降低設備的使用性能，另一方面腐蝕過程中產生的反應物會揮發脫落，在腔體內產生雜質顆粒，影響腔體潔凈度。

先進陶瓷材料具有較好的耐腐蝕性能，已被廣泛應用于晶圓加工設備的耐等離子體刻蝕材料，通常采用高純氧化鋁涂層或氧化鋁陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內部件的防護材料。除此之外，等離子體刻蝕設備上采用的精密陶瓷部件還有窗視鏡，氣體分散盤，噴嘴，絕緣環，蓋板，聚焦環和靜電吸盤等

等離子體刻蝕設備的結構示意圖

沉積

在刻蝕之后的一個環節，也是所謂的芯片制造中核心工藝之一“薄膜沉積”，薄膜常用于產生導電層或絕緣層、產生減反射膜提高吸光率、臨時阻擋刻蝕等作用，不同功能的需求對應不同材料的薄膜，不同材料的薄膜需要采用不同的工藝和設備，按照原理不同可以分為物理工藝（PVD）和化學工藝（CVD）。

薄膜沉積類似于刻蝕的逆過程，由于同樣應用等離子技術等容易對腔體及部件造成腐蝕的技術，沉積設備中的室蓋、腔內襯、沉積環、靜電夾盤、加熱器、電鍍絕緣子、真空破壞過濾器等部件均采用了先進陶瓷作為材料。目前應用材料、泛林和東京電子三大廠家在薄膜沉積設備領域都具備壟斷地位。但由于北方華創和拓荊科技等部分國內企業在不斷推進沉積設備，薄膜沉積是我國企業有望下一個取得重要突破的核心設備。

有機化學氣相沉積（MOCVD）反應腔

化學機械拋光CMP

CMP是半導體制程中的關鍵技術，伴隨制程節點的不斷突破，CMP已成為 0.35μm及以下制程不可或缺的平坦化工藝，關乎著后續工藝良率。CMP采用的是機械摩擦與化學腐蝕相結合的工藝，由于CMP設備的作業原理，設備的拋光臺、拋光板、搬運臂、真空吸盤等關鍵耗材也會因為長期摩擦和腐蝕而導致損耗。

氧化鋁陶瓷和碳化硅陶瓷都具備致密質、高硬度、高耐磨性的物理性質，以及良好的耐熱性能、優良的機械強度，高溫環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CMP設備關鍵耗材的絕佳材料。

CMP工作原理示意圖

離子注入

由于純凈硅材料導電性能較差，晶圓制造需要在有源區、襯底和柵極等部位引入摻雜工藝從而增大電導率。離子注入是半導體領域主流的摻雜工藝，它將離子源產生的離子經設備的加速器加速后高速撞擊晶圓表面，使離子擠進晶圓表材，其技術壁壘僅次于光刻、刻蝕、薄膜沉積。在這一工藝中，軸承、真空吸盤、靜電夾盤等都是常見的陶瓷精密部件。

離子注入用空氣軸承

引線鍵合

在半導體封裝環節中，“引線鍵合”是用來實現芯片和基板的電路連接的主要方式。在這個工序中，陶瓷劈刀是引線鍵合過程中的必不可少的工具。由于一臺鍵合機在滿荷載的工作狀態下每天需要鍵合幾百萬個焊點，陶瓷劈刀作為鍵合機中的焊接針頭，一臺鍵合機平均每天就要消耗0.7只陶瓷劈刀。

目前，陶瓷劈刀的主要制造材料為氧化鋁，部分廠家在氧化鋁的基礎上添加了氧化鋯，其微觀結構更加均勻而致密，密度提高到4.3g/cm3，可以減少焊線過程中陶瓷劈刀尖端的磨損和更換的次數。

總結

一臺半導體設備看似是用金屬、塑料等材質打造的，但其實里面隱藏著非常多極具技術含量的精密陶瓷部件，除了整理的這些以外，用于氧化、擴散、退火的晶圓熱處理設備也采用了精密陶瓷部件。總之，精密陶瓷在半導體設備中的應用遠比我們想象的要多。

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