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在半（bàn）導體產業中，半導體製造設備是我國卡脖子的問題，也是重點鼓勵發展的產業。近幾年，隨著******政策的（de）調整，半導體行業迅速發（fā）展，產業規（guī）模急速增大，半導（dǎo）體製造設備（bèi）持續向（xiàng）精密化、複（fù）雜化演變，高精密陶瓷關鍵部件的技術要求也越來越高。
2022年的全國兩會，各民主黨派圍繞中共中央和（hé）******重要決策部署，圍繞社（shè）會公眾關心的重要民生問題，發揮自身（shēn）優勢，提出了一係列意見建議（yì），為黨和政府科學決策提供了重要參考。人民網（wǎng）·中國（guó）共產黨（dǎng）新聞網和中國統一戰線新聞網聯合推出2022年全國兩（liǎng）會各民主黨派提案選登專欄（lán），選（xuǎn）登各民主黨派中（zhōng）央擬提交全（quán）國政協十三屆五次會議的部分提案。其中，台盟中央（yāng）擬提交關於進一步加快半導體精密陶瓷部件產業發展的提案。
該提案強調，作為（wéi）半導體（tǐ）生產設備的關鍵部件，精密陶瓷部件的研發生產直接影響著半導（dǎo）體裝備製造業乃至整個半（bàn）導（dǎo）體（tǐ）產業鏈的發展。可（kě）以說，精密陶瓷部件是整個半導體產業基（jī）礎中的基礎。因此，無論從經濟安全（quán）角度還是產（chǎn）業成（chéng）本角度（dù）考慮，要突破我國半導體產業麵臨的卡脖子窘境（jìng），必須重視（shì）精密陶瓷部件（jiàn）等半導體生產設備關鍵部件的國產化發展。
活躍於半導體製造裝置中的主要精密陶瓷（cí）零部件
一、精密陶瓷（cí）在半導體中的應（yīng）用
半導體設備需要大量的精密（mì）陶瓷（cí）部件。由（yóu）於陶瓷具有高硬度（dù）、高彈性模量、高耐磨、高絕緣、耐腐蝕、低膨脹（zhàng）等優點，可用作矽片拋光機、外延/氧化/擴散等熱處理設備、光刻機、沉積（jī）設備（bèi），半導體刻蝕設備，離子注入機等設備的零部件。半導體陶瓷（cí）有氧化鋁、氮化矽、氮化鋁、碳化矽等，在半導體設備中，精密陶瓷的價值約占16%左右。
1、氧化鋁(Al₂O₃)
氧化鋁（lǚ）在半導體裝備中使用***為廣（guǎng）泛的精密陶（táo）瓷材料。具有材（cái）料結構穩定，機械強度高，硬度高，熔點高，抗腐蝕（shí），化（huà）學穩定性優（yōu）良，電阻率大，電絕緣性能好等優點，在半導體設備中應用廣泛。
在半導體刻蝕設備（bèi）中，刻蝕機（jī）腔室材（cái）料作為晶圓（yuán）汙染的主要來源，等離子刻蝕對其影響程度決定了晶圓的良率、質量（liàng）、刻蝕工藝的穩定性等等。因此，刻蝕（shí）機腔（qiāng）室材料的選用尤為重要。當前，主要采用（yòng）高純Al₂O₃塗層（céng）或Al₂O₃陶瓷作為刻蝕腔體和（hé）腔體內部件的防護材料。除了腔體以（yǐ）外，等離子體設備的（de）氣體噴嘴，氣體分配盤和固定晶圓的固定環等也需（xū）用到氧（yǎng）化鋁陶瓷。
搬（bān）運臂（圖源：京瓷（cí））
在晶圓矽晶片的搬運中，會應用到氧化鋁陶瓷製成的陶瓷機械手臂。氧化鋁陶瓷和碳化矽陶瓷都具備致密質、高硬度、高耐磨性的物理性質，以及（jí）良好的耐熱性能、優良的（de）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（děng）物理（lǐ）性（xìng）能，是（shì）用（yòng）於製作半導體設備機（jī）械手臂的絕佳材料。從材料性質來看，碳化矽陶瓷（cí）用於（yú）製作陶瓷機械手臂較為合適，但是從材料價格、加工難（nán）度（dù）等經（jīng）濟方麵來說，氧化鋁陶瓷機械手臂的（de）性價比更（gèng）高。
此外（wài），在晶圓拋光工藝中，氧化鋁陶瓷可被廣泛應用於拋光板、拋光磨墊校正（zhèng）平台、真空吸盤等。
2、碳化矽(SiC)
碳化矽具有高導熱性、高（gāo）溫機械強（qiáng）度、高剛度、低熱膨脹係數、良好的熱均勻性、耐腐蝕性、耐（nài）磨耗（hào）性等特性。碳化矽在高達1400℃的極端溫度下，其仍能保持良好的強度。采用碳（tàn）化矽（guī）陶瓷的研磨盤由於硬（yìng）度高而磨損小，且熱膨脹係數與（yǔ）矽晶片基本相同，因而（ér）可以高速研磨拋光。
碳化矽刻蝕托盤
在矽晶片（piàn）生產時，需要經過高溫熱處理，常使用碳化矽夾具運輸，其耐熱、無損，可在表麵塗敷類（lèi）金剛石（DLC）等（děng）塗層，可增強性能，緩解晶片（piàn）損壞，同時防止汙染（rǎn）擴散。此（cǐ）外，碳化矽陶瓷還可應用在XY平（píng）台、基（jī）座、聚焦環（huán）、拋光板、晶圓夾盤、真（zhēn）空吸盤、搬運臂、爐管（guǎn）、晶舟（zhōu）、懸臂槳等。
3、氮化鋁(AIN)
高純（chún）氮化鋁陶瓷具有卓越的熱傳導性，耐熱（rè）性、絕緣性，熱膨脹係數接近矽，且具有優異的等離子體抗性，產品熱量（liàng）分布均勻（yún）。可應用於（yú）晶片加（jiā）熱的加熱器、靜電夾盤等。
氮化鋁加熱板（bǎn）（圖源：coorstek）
4、氮化矽(Si3N4)
氮化矽(Si3N4）是斷裂韌性高、耐熱衝擊性（xìng）強、高耐磨耗性、高機（jī）械強度、耐腐（fǔ）蝕的材料。可應用於半導體設備的平台、軸承等部件。
二、精密陶瓷在國內外的發展現狀
1、半導體（tǐ）設備（bèi）市場將突破千億美元，陶瓷部（bù）件占成本10%以（yǐ）上
近期，美國半（bàn）導體產業協（xié）會（SIA）表示，2021年全球芯片銷售額達到創紀錄的（de）5559億美元，較上年增長26.2%。該協會預計，隨著芯片製造商繼續擴大產能以滿（mǎn）足需求，2022年全（quán）球芯片銷售額（é）將增長8.8%。
圖片來源：pixabay
半導體市場迅猛發展的同時帶飛了上（shàng）遊設備市場。
據了解，繼2020年同比增長17%以及2021年同比增長（zhǎng）39%之後，晶圓廠設備支出預（yù）計在2022將繼續保持增長（zhǎng）。SEMI(國際半導體產業協（xié）會)指（zhǐ）出，2022年全球前端晶圓（yuán）廠設備(不含封裝測試的前道工藝設備，一般為（wéi）晶圓製造設（shè）備)支出預計將超過980億美元，達到（dào）曆史新高，連續第三年實現增（zēng）長。
精密陶瓷已成為半導體設備的關鍵部（bù）件，成本占10%以上。
在高端（duān）光刻機中，為（wéi）實現高製程（chéng）精度，需要廣泛采用具有良（liáng）好的功能複合性、結構穩定性（xìng）、熱穩定（dìng）性（xìng）、尺寸（cùn）精度的陶瓷零部件（jiàn），如E-chuck、Vacumm-chuck、Block、磁鋼骨架水冷板、反射鏡、導軌等，這些關鍵部件一般選用（yòng）精密陶瓷材料。
矽片用碳化矽真空吸盤（來源：中國建築材料科（kē）學研究總院（yuàn））
在刻蝕設備中，刻蝕機腔（qiāng）室材料作為晶圓汙染的主要來源，等離子刻蝕對其影響程度決定了晶圓的良率、質量、刻蝕工藝的穩定性等等。因此，研究和開發出一種極其耐刻蝕腔體材料成為半導體集成（chéng）產業以及等離（lí）子刻蝕技術中一項極具挑戰的任務。當前，主要采用（yòng）高純Al₂O₃塗（tú）層或Al₂O₃陶瓷作為刻蝕（shí）腔體和腔體內部件的防護材料。除了腔體以外，等離子體設備的（de）氣體噴嘴，氣體分配盤和固定晶圓的固定（dìng）環等也需用到精密陶瓷。
一台半導體設備（bèi）看似是用金屬及（jí）塑料打（dǎ）造的（de），其實裏麵隱藏著非常多極具技術含（hán）量（liàng）的精密陶瓷部（bù）件。總之，精密陶（táo）瓷在（zài）半導體設備（bèi）中的應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（jí）成電路核心裝備用精密陶瓷（cí）結構（gòu）件（jiàn）的研發和（hé）應用方（fāng）麵走（zǒu）在前列的公司有日本京（jīng）瓷、美國CoorsTek、德國BERLINERGLAS等，其中（zhōng），京瓷和CoorsTek公司占據了集成電路核心裝備用高端精密（mì）陶瓷結構件市場份（fèn）額的70%。
京瓷及CoorsTek製造的高端陶瓷零部件具（jù）有材料體係齊全、性能（néng）優異（yì）、結構複雜、加工精度高等特點（diǎn），所製造的精密陶瓷結構件幾乎涵蓋了現有結構陶瓷材料體係，如氧化鋁、碳化（huà）矽、氮化矽、氮化鋁等；結構件的應用領域也幾乎覆蓋了全（quán）部集成電路核心裝備，形成了一係列型號齊全、品種多樣的精密陶瓷結構件產品，如美國CoorsTek公司（sī）能夠（gòu）提供光刻機專用組件、等離子（zǐ）刻蝕設備專用（yòng）組件、PVD/CVD專用組件、離子注入設備專用組件、晶片吸附固定傳輸專用組件等一係列產品；京（jīng）瓷（cí）能夠提供光刻機、晶圓製造設（shè）備、刻（kè）蝕機、沉積設備（CVD、濺射）、LCD等裝備（bèi）用精密陶瓷結構件。我（wǒ）國在集成電路核心裝備用精密陶瓷結構件的研發和（hé）應用方麵起步較晚，在大尺寸、高精度、中空、閉孔、輕量化結構的結構陶瓷零部件的製（zhì）備領域有（yǒu）諸多關鍵技術問題有待突破。
3、我國麵臨的問題
本次台（tái）盟中央擬提交的（de）關於（yú）進一步加快半導體精密陶瓷（cí）部（bù）件產業發展的提案指（zhǐ）出了我（wǒ）國精密陶瓷（cí）產業發展存在的問題並給出了重要建議。其中，目前（qián）我國精密陶（táo）瓷產業發展存在以下問題：
一是研發體係不健全，具備（bèi）研（yán）發實力的核心企業長期缺位。在科研層麵，我（wǒ）國清華大學、中科院上海矽酸鹽研（yán）究所等科研院單位（wèi）在（zài）精密（mì）陶瓷研發方（fāng）麵雖然（rán）有（yǒu）很好的積累，但上世紀九十年代末（mò）之後研發投入幾乎停止，精密陶瓷應用收窄，高端產品止步（bù）於實驗室而難以量產。在企業層麵（miàn），陶瓷產業鏈長期（qī）存在（zài）大而不強的問題，尤其原（yuán）料（liào）環節陶瓷粉體（tǐ）製備水平較日本、德國（guó）等仍（réng）然差距很大，目前國內結構陶瓷基本限於大量低端陶瓷製品，而且（qiě）規模都不突出，難以具備足夠的研發實力。
二是國內半導體係統、製造及（jí）封測廠商慣性采購國外設備與部件（jiàn），國產部件與材料進入采購（gòu）體係的難度大。國內部件產品正處於（yú）關鍵（jiàn）的摸索提升期，短期難以通過設備龍頭企（qǐ）業的OEM品質******，更需要國內半導體產業鏈骨幹企業的耐心（xīn）參（cān）與及聯合培育。
三是關鍵材料的產（chǎn）業投（tóu）入有待（dài）加強。由（yóu）於研發周期長、開發難度大等因素，目前，對精密陶瓷部件等關鍵材料的產業投入不足。以******集成電路產（chǎn）業基金為例，對裝備及材料產業的投（tóu）入僅占其投資（zī）總額的3%，這與其地位作用不匹配。
三、對我國精密陶瓷產業的（de）發展建（jiàn）議
1、培（péi）育潛力企業，發揮行業帶動作用。
建議******有關部門在落實《******集成電路產（chǎn）業發展推進綱要》中，進（jìn）一步（bù）加（jiā）大（dà）對精密陶瓷部件研發和產業的支持。通過整合科研係統與行業協會、聯盟，在全（quán）國範圍內（nèi）集中資（zī）源優先甄選扶植一批具（jù）有國際競爭力的潛力企業，從而帶動全行業企業發（fā）展。
2、加強產業協同，整（zhěng）合國內產業資源。
建議******有關（guān）部門鼓勵國有裝備、材料、化工等大型企業參與精密陶瓷行業發展。製定裝備及配件國產化的指導性目標，建立財政（zhèng）引導與（yǔ）科（kē）技保險相結合的關（guān）鍵部件材料國產化引導機製，通（tōng）過政府財政（zhèng）與市場化保險產品的保障支持，鼓勵國內半導體裝（zhuāng）備企（qǐ）業采購國產精密陶瓷部件（jiàn）。鼓勵企業及院校聯合建立技術研發與檢測******機構，加快建立精密陶瓷等關鍵（jiàn）部件及材料國產化的科技服務體係。
3、強化涉企保障，優化（huà）產業發（fā）展環（huán）境。
建議******有關（guān）部門在精密陶瓷（cí）產業聚集地設立知識產權協助中心，通過縮短知識產權審核授權周期、加大侵權懲戒力度（dù）等（děng）方式，指導並協助企業處理（lǐ）知識產權（quán）糾紛，保護研發創新（xīn）動力。吸引精密陶瓷（cí）重點企業落戶保稅區，通過有（yǒu）限（xiàn）區域的稅收政策差異化，緩解半導體產業當前的研發攻關成本壓力。同時，圍繞精密陶瓷企業專業技術人才培育，加強政策統籌協調，支持（chí）地方做好核心團隊成員的落戶、子女（nǚ）就學、醫療等配套保障，尤其是從國（guó）外領先企業的引進人才團（tuán）隊（duì）的服務支持。
4、發揮市場（chǎng）作用，加大產業投入力度。
建議進（jìn）一步完善上交所、深交所交易（yì）功能，借（jiè）助（zhù）北京（jīng）證券交易所的建立新（xīn）契機，在三家******級交易所創新設立精密陶瓷等新材（cái）料板塊，精準支持具有核心競爭力（lì）的新材料中（zhōng）小企業。鼓勵保險、信托等長期資金（jīn）加大對******未上市中小企業的股權投資，打（dǎ）通資本融入、退出的合理通道，為（wéi）進一步支持新材料類硬核（hé）科技企業成長清障提速（sù）。
參考來源：人民網·中國共產黨新聞（wén）網、中國電子報、路透社
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本文作者：材（cái）料委天津院
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本文責編：閆琳
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