前沿材料
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在半（bàn）導體產業中，半導體（tǐ）製造設備是我國卡脖子的問題，也（yě）是重點鼓勵（lì）發展的產業。近幾年，隨（suí）著******政策的（de）調整，半導體行業（yè）迅速發展（zhǎn），產業規模急速增大，半導體製（zhì）造設備（bèi）持續向精密化、複雜化演變，高精密陶瓷關（guān）鍵部件的技術要求也越來越高。
2022年的全國兩（liǎng）會，各民主黨派圍繞中共（gòng）中央和******重（chóng）要決策部署，圍繞社會公眾關心（xīn）的重要民生問題，發揮自身優勢，提出了一係列意見建議，為黨和政府科學決策提供了重要參考。人民網·中國共產黨新聞（wén）網和中國統一戰線新聞網聯合推（tuī）出（chū）2022年全國兩會各民主黨派提案選（xuǎn）登專欄，選登各（gè）民主黨（dǎng）派中央擬提（tí）交全國政協十三屆五次會議的部分（fèn）提案。其中，台盟中央擬提交關於進一步加快半導（dǎo）體精密（mì）陶瓷部件產業發展（zhǎn）的提案。
該提案強調，作為半導體（tǐ）生產設備的（de）關鍵部件，精密陶瓷部件的研（yán）發生產直接影響著半導體裝備製造業乃至（zhì）整個半導體產業鏈的發展。可以說，精密陶瓷部件是整個半導體產業（yè）基礎中的基礎。因此，無論從經濟安（ān）全角度還是產業成（chéng）本角度考慮，要突破我（wǒ）國半導體產（chǎn）業麵臨（lín）的卡脖子窘（jiǒng）境，必須重視精密（mì）陶瓷部件等半導體（tǐ）生產設備關鍵部件的國產化發展。
活躍於半（bàn）導體製造裝置中的主要精密陶瓷零部件
一、精密陶瓷在半導體中的應用
半導體設備需要大量的精密陶瓷部件。由於陶瓷具有高硬度、高（gāo）彈性模量、高耐磨、高（gāo）絕緣、耐腐蝕、低膨脹等優點，可（kě）用作矽片拋光（guāng）機、外延（yán）/氧（yǎng）化/擴散等熱處理設備、光刻機、沉積設備，半（bàn）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（huà）矽等，在（zài）半導體設備中，精密陶瓷的價值約占16%左右。
1、氧（yǎng）化鋁(Al₂O₃)
氧化鋁（lǚ）在半導體裝備（bèi）中使用***為（wéi）廣泛的精密陶瓷材料。具有材料（liào）結構穩定，機械強度高，硬度高，熔點高（gāo），抗腐蝕，化學穩定性優良，電阻率大，電絕（jué）緣性能好（hǎo）等優（yōu）點，在半導體設備中應用廣泛。
在半導體刻蝕設備中，刻蝕機（jī）腔室材（cái）料作為（wéi）晶圓汙染的（de）主要來源，等離子刻蝕對其影響程度決（jué）定了晶圓的良率、質量、刻蝕（shí）工藝的穩（wěn）定性等等。因此，刻蝕（shí）機腔室材料的選用尤為重要。當前，主要（yào）采用高純Al₂O₃塗層或（huò）Al₂O₃陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內部件的防護材料。除了腔（qiāng）體以外，等離子體設備的氣體噴嘴，氣體分配盤和固定晶圓的（de）固定環等也需用到（dào）氧化鋁陶瓷。
搬運臂（圖源：京瓷）
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（yìng）度、高耐磨性（xìng）的物理性（xìng）質，以及良（liáng）好的耐熱性能、優良的機械強（qiáng）度，高溫環境仍具有良好的絕緣性、良好的抗腐蝕（shí）性等物（wù）理性能，是用於製作半導（dǎo）體設備（bèi）機械手臂的絕佳材料。從材料性質來看，碳（tàn）化矽陶（táo）瓷用於製作陶瓷機械手臂較為合適，但是從材料價格、加工（gōng）難度等經濟方（fāng）麵來說（shuō），氧化鋁（lǚ）陶瓷機械手臂的性價比（bǐ）更高（gāo）。
此外，在晶（jīng）圓拋光工藝中，氧化鋁（lǚ）陶瓷可被廣泛應用於拋光板、拋光（guāng）磨墊校（xiào）正平台、真空（kōng）吸盤等。
2、碳化（huà）矽(SiC)
碳（tàn）化矽具有高導（dǎo）熱性、高溫機械強度、高剛度、低熱膨脹係數、良好的（de）熱均勻性、耐腐蝕性、耐（nài）磨耗性等特性。碳化矽（guī）在高（gāo）達（dá）1400℃的（de）極端溫度下，其仍能保持良好的（de）強度。采用碳化矽陶（táo）瓷的研磨盤由於硬度高而磨損小（xiǎo），且（qiě）熱膨脹係數與矽晶片基本相同，因而可以高速（sù）研磨拋光。
碳（tàn）化矽刻蝕（shí）托盤
在矽（guī）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（shū），其耐熱、無（wú）損，可在表麵塗敷類金（jīn）剛石（DLC）等塗層，可增強性能，緩解晶片損壞（huài），同時防（fáng）止汙染擴（kuò）散。此外，碳（tàn）化矽陶瓷還可（kě）應用在（zài）XY平台、基座、聚焦環、拋光板、晶圓夾盤、真空吸盤、搬運臂、爐管、晶（jīng）舟、懸臂槳等。
3、氮化鋁(AIN)
高純氮化（huà）鋁陶瓷具有（yǒu）卓越的熱傳導性，耐熱性、絕緣（yuán）性，熱膨脹係數接（jiē）近矽（guī），且具有優異的（de）等離子體抗性，產品熱量（liàng）分（fèn）布均勻。可應（yīng）用於晶片加熱的（de）加熱器、靜電夾盤等。
氮化鋁加熱板（圖源：coorstek）
4、氮化矽(Si3N4)
氮化矽(Si3N4）是（shì）斷裂韌性高、耐熱衝擊性強、高耐磨耗性（xìng）、高機械強度、耐腐蝕的材料。可（kě）應用於半導體設（shè）備的平（píng）台、軸承等部件。
二、精密陶（táo）瓷在國內外的發展現狀
1、半導體設（shè）備市場將突破千億（yì）美元，陶瓷部件占（zhàn）成本10%以上
近期，美國半導體產業協會（SIA）表示（shì），2021年全球芯片銷售（shòu）額達（dá）到創紀錄的5559億美元，較上年（nián）增（zēng）長26.2%。該（gāi）協會預計，隨著芯片製（zhì）造商繼續（xù）擴大產（chǎn）能以滿（mǎn）足需求，2022年全球芯片銷售（shòu）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（fēi）了上遊設備（bèi）市場。
據了（le）解，繼2020年同比增長17%以及2021年同（tóng）比增（zēng）長39%之後，晶圓廠設備支出預計（jì）在2022將繼（jì）續保持增長（zhǎng）。SEMI(國際半導體產業協會)指出，2022年全球（qiú）前端晶圓廠（chǎng）設備(不含封裝（zhuāng）測（cè）試的（de）前道工藝設備，一般為晶（jīng）圓製（zhì）造設（shè）備)支出預計將超過980億美元，達（dá）到曆（lì）史新高，連續第三年（nián）實現增長。
精密陶瓷已成為（wéi）半導體設（shè）備的關鍵部件，成本占10%以上。
在高（gāo）端（duān）光刻機中，為實現高製程精（jīng）度，需要廣泛采（cǎi）用具有良好的功能複合性、結（jié）構穩定性、熱穩定性、尺寸精度的陶瓷零部件，如E-chuck、Vacumm-chuck、Block、磁鋼（gāng）骨架水冷板、反射鏡、導軌（guǐ）等，這些關鍵（jiàn）部件一（yī）般選用精密陶（táo）瓷材料（liào）。
矽片用碳化矽真空吸（xī）盤（來源：中國建築材料科學研究總院）
在刻蝕設備中，刻蝕機腔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（dù）決定了晶圓的良率、質量（liàng）、刻蝕工藝（yì）的（de）穩定性等（děng）等。因此，研究和開發出（chū）一（yī）種極（jí）其耐刻蝕腔體材料成為半導（dǎo）體集成產（chǎn）業以及等離子刻（kè）蝕技術中一（yī）項極具挑戰的任務。當前（qián），主要采用高純Al₂O₃塗層或Al₂O₃陶瓷作（zuò）為刻蝕腔（qiāng）體和腔體內部件的防（fáng）護材料。除了腔體以外，等離子體設備的氣體噴嘴，氣體（tǐ）分配盤和固定晶圓的（de）固定環等也需用到精密陶瓷。
一台半導體設備看似是用金屬及（jí）塑料打（dǎ）造的，其實裏（lǐ）麵隱藏著非常多極具技術含量的精密陶瓷部件。總之，精密陶瓷在半導體設備中的應用遠比我們想象中要多（duō）。
2、當前全球競爭格局
目前國外在集成電（diàn）路核心裝備用精密陶瓷結構件的研發（fā）和應用方麵走在前列的公司有日本（běn）京瓷、美國CoorsTek、德國BERLINERGLAS等，其中，京瓷和CoorsTek公司占（zhàn）據（jù）了集成電路核心裝（zhuāng）備用高端精（jīng）密陶（táo）瓷結構件（jiàn）市場份額的70%。
京瓷及CoorsTek製（zhì）造的高端陶瓷零部件具有材（cái）料體係齊全、性能優異、結（jié）構複雜、加（jiā）工精度高等特點，所製造的精密陶瓷結構件幾乎涵蓋了現有結（jié）構陶（táo）瓷材料體係，如氧化鋁、碳化矽、氮化矽、氮化（huà）鋁（lǚ）等；結構件的應用領域也幾乎覆蓋了全部集成電路核心裝備，形成了一係列型（xíng）號齊（qí）全、品種多樣的精密陶瓷結構件產（chǎn）品，如美國CoorsTek公（gōng）司能夠提供（gòng）光刻機（jī）專用組件（jiàn）、等離（lí）子刻蝕設備專用組件、PVD/CVD專用組件、離子（zǐ）注入設備（bèi）專用組件、晶片吸附（fù）固定傳輸專用組件等一係（xì）列產品；京（jīng）瓷能夠提供光刻機、晶圓製造設備、刻蝕機、沉積設備（CVD、濺射）、LCD等裝備用精密陶瓷結構件。我（wǒ）國在集成電路核心裝備用精密陶瓷結（jié）構件的研發（fā）和應用方麵起步較晚，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備領域有諸多關鍵技術問題有待突破。
3、我國麵臨的問題
本次台盟中央擬提交的關於進一步加快半導體精密陶瓷部（bù）件產業發展的提案指出了我國精密陶瓷產（chǎn）業發展存在的問（wèn）題並（bìng）給出了重要建議（yì）。其中，目（mù）前我國精密陶瓷產業發展存在以下問題：
一是（shì）研發體係不健全（quán），具備研發實力的核心企業長期缺（quē）位。在科研層麵，我國清華大學、中科院上（shàng）海矽酸鹽（yán）研究（jiū）所等科研（yán）院單位在精密陶瓷研發（fā）方麵雖然有很好的積（jī）累，但上（shàng）世紀九十年代末之後研發投（tóu）入幾乎停止，精密陶瓷應用收窄，高端產品止步於實驗室而難以量產。在企業層麵，陶瓷產業鏈長期存在大而不強（qiáng）的問（wèn）題，尤其原料環節陶瓷粉體（tǐ）製備水平較日本、德國等仍然差距很大，目前國（guó）內結構陶瓷（cí）基本限於大量低端（duān）陶瓷製品，而且規（guī）模都（dōu）不突出（chū），難以具備足夠的研發實力。
二是國內半導體係（xì）統、製造及封測廠商慣性采（cǎi）購（gòu）國外設備與部（bù）件，國產部件與材料進入采購體係的難（nán）度大。國內部件（jiàn）產品正處於關鍵的摸索提升期（qī），短期（qī）難以通過（guò）設備龍頭企業的OEM品質******，更需要國內（nèi）半導體產業鏈骨幹企業的耐心參與及（jí）聯（lián）合培育。
三是關鍵材料的（de）產業投入有待加強。由於研發周期長、開發難度大等因素（sù），目前，對精密陶瓷（cí）部件等關鍵材料的產業投入不足。以******集成電路產業基金為（wéi）例，對裝備及材料（liào）產業的投入（rù）僅占其投資總額的3%，這（zhè）與其地位作用不匹配。
三、對我國精密陶（táo）瓷產業的發展建議
1、培育潛力企業，發揮行（háng）業帶動（dòng）作用。
建議******有關部門（mén）在落實《******集成電路產業（yè）發展推進（jìn）綱要》中，進一步加大對精密（mì）陶瓷部件研發和（hé）產業的支持。通過整合科研係統與行業協會、聯（lián）盟，在全國範圍內集中資源優先甄選扶植一批具有國際競爭力的潛力企業，從而帶動全行業企業（yè）發展。
2、加強產業協同，整合國內產業資源。
建議******有關部門鼓勵國有裝備、材料、化工（gōng）等大（dà）型（xíng）企業參與精密陶瓷行業發展。製定裝備（bèi）及配件國產化的指導性目標，建立財政引導與科技保險相結合的關鍵部件材料國產化引導（dǎo）機製，通過政府財政與市場化保險產品的保（bǎo）障支（zhī）持，鼓（gǔ）勵國內半導（dǎo）體裝備企業（yè）采購國產精密陶瓷部件。鼓勵企業及（jí）院校聯合建立技術研發與檢測（cè）******機構，加快建立精密陶瓷等關鍵部（bù）件及材料國產化的科技服務體係。
3、強化涉企保障，優化產業發展環境。
建議（yì）******有（yǒu）關（guān）部門在精密陶瓷產業聚集地設立知識產權協助（zhù）中心，通過縮短知（zhī）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）知識產權糾（jiū）紛，保護研發創新動力。吸引精密陶瓷重點企業落戶保稅區，通過有限區域的稅收政策差異化，緩解半導體產業當前的研（yán）發攻關成本（běn）壓力。同時，圍繞精密陶瓷企業專業技術（shù）人才培育，加（jiā）強政（zhèng）策統籌協調，支（zhī）持地方做好核心團隊成員的落戶、子女就學、醫療等配套保障，尤其是（shì）從國外領先企業（yè）的引進人才團隊的服（fú）務支持。
4、發揮市場作用，加大產業（yè）投入力度。
建議進（jìn）一（yī）步完善上交所、深（shēn）交所交易功能，借助北京證（zhèng）券交易所的建立新契機，在三家（jiā）******級（jí）交易所創新（xīn）設立精密陶瓷等新材料板塊，精準支持具有核心（xīn）競爭力的（de）新材料中小企業。鼓勵保險、信托等長期（qī）資金加大對******未上市中小企業的股權投資，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成長清障提速。
參考來源：人民網·中國（guó）共產（chǎn）黨新聞（wén）網（wǎng）、中國電子報、路（lù）透社
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本文作者（zhě）：材料委天津院（yuàn）
公司（sī）發展至今已擁有一批******的進口設備 : 進口（kǒu）高精密（mì）CNC加工銑床，CNC高（gāo）精（jīng）密加工車床，北京精密（mì）零件加工，進（jìn）口模型批量真空製作機， 高亮度uv機，噴漆（qī）房，烤漆櫃，圖標文（wén）字絲印機，鐳雕激光機，噴砂機，打孔攻絲機（jī）、火花機（jī）、線切割設備等等。
本文責編（biān）：閆琳
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