“中國人非常聰明，華為海思可以自研設(shè)計世界上最強(qiáng)的5nm制程芯片，但就是國內(nèi)配套缺口太大”，中國建筑材料科學(xué)研究總院陶瓷科學(xué)研究院劉海林教授這樣總結(jié)當(dāng)前中國芯片產(chǎn)業(yè)的痛點，“我們目前在碳化硅超精密運動平臺開發(fā)上取得了一些進(jìn)展，相信對盡早實現(xiàn)光刻機(jī)國產(chǎn)化有所幫助”。

“配套”缺口關(guān)鍵的就是EUV光刻機(jī)，表面上荷蘭ASML一家獨大，實際其關(guān)鍵技術(shù)乃至股權(quán)結(jié)構(gòu)與美國深深勾連，想避開長臂管轄只有自力更生一條路。有評價認(rèn)為光刻機(jī)比原子彈、氫彈更難造：一個光刻機(jī)十幾萬個零件，每一個零件都要做到最頂尖的水平，這樣才能做出來世界最先進(jìn)水平。另一個角度：有能力制造高端光刻機(jī)的國家要掌握加工氫彈的能力是不會有技術(shù)上的困難的，反之則無法成立。

具體到本文的碳化硅超精密移動平臺，它是光刻機(jī)的核心組件之一，其主要功能是承載晶圓按照指定的運動軌跡做高速超精密運動并完成一系列曝光所需動作，包括上下片、對準(zhǔn)、晶圓面型測量和曝光等，要求在高速運動的情況下需要達(dá)到2nm的運動精度。

為什么是碳化硅？

總結(jié)光刻機(jī)對工件臺結(jié)構(gòu)件的需求：超高輕量化（降低運動慣性、減輕電機(jī)負(fù)載）、超高穩(wěn)定性（超精密加工要求高精度運動和定位，要求熱膨脹等因素尺寸變形極小）、清潔度（高硬度及高耐磨）……

晶圓陶瓷吸盤

以真空吸盤組件為例，劉教授介紹，最早2吋和4吋晶圓時代采用的材質(zhì)是航空鋁，但它在大尺寸晶圓（8吋及8吋以上）時代遭遇了超高平面度（優(yōu)于1微米）瓶頸，無法滿足超高平整度的硬指標(biāo)而被淘汰出局；接下來以氧化鋁材料為過渡，它的彈性模量、輕量化、熱導(dǎo)率以及膨脹系數(shù)與碳化硅相形見絀，不上不下有些尷尬；在大尺寸、復(fù)雜異形中空結(jié)構(gòu)碳化硅陶瓷制備技術(shù)突破后，包括超精密工件臺基座、超精密氣浮導(dǎo)軌、晶圓傳輸手臂等組件紛紛升級換代。

超精密運動臺，氣浮導(dǎo)軌，氣浮平臺

不僅上述滿足平面度、平行度、垂直度等超高精度硬指標(biāo)碳化硅陶瓷部件已經(jīng)完成國產(chǎn)化，劉教授還透露，碳化硅粉體原材料供應(yīng)也由國內(nèi)供應(yīng)，從前端到后端徹底打通。但國內(nèi)碳化硅粉體加工仍有欠缺，包括純度、粒度、形貌等方面的粉體分級技術(shù)和控制，穩(wěn)定性的保障，應(yīng)用端在使用前仍需要進(jìn)行深加工處理，這仍有很大提升空間。

對于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)前段晶圓擴(kuò)散摻雜、刻蝕等制程所需的高純度碳化硅陶瓷部件而言，中國建材總院也具有良好的技術(shù)儲備，特別在高純CVDSiC材料制備技術(shù)方面已經(jīng)擁有了成熟的工藝技術(shù)，實現(xiàn)了高純碳化硅陶瓷晶舟，碳化硅陶瓷承載盤等部件的制造。相信未來在我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域會進(jìn)一步拓展碳化硅材料的應(yīng)用，為我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈安全和碳化硅陶瓷產(chǎn)業(yè)升級做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

我國精密碳化硅陶瓷部件的自主研究和國產(chǎn)化應(yīng)用推廣才剛剛起步，隨著國家“02”專項及“中國制造2025”相關(guān)政策的引導(dǎo)，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，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

粉體圈 郜白