集成电路制造装备用精密陶瓷结构件的特点及产业格局

集成电路产业(即IC产业)是关乎国家经济、政治和国防安全的战略产业，在IC产业中，集成电路制造装备具有极其重要的战略地位。以***为代表的集成电路关键装备是现代技术高度集成的产物，其设计和制造过程均能体现出包括材料科学与工程、机械加工等在内的诸多相关科学领域的最高水平。

例如，对于材料科学与工程学科而言，集成电路制造关键装备要求零部件材料具有轻质高强、高导热系数和低热膨胀系数等特点，且致密均匀无缺陷；对于机械加工学科而言，集成电路制造关键装备则要求零部件具有极高的尺寸精度和尺寸稳定性，以保证设备实现超精密运动和控制。

在国内，中国建筑材料科学研究总院率先开展了极大规模集成电路制造装备用精密碳化硅结构件的制备工艺研究，攻克了以***为代表的集成电路制造关键装备用大尺寸、中空薄壁、复杂结构、精密碳化硅结构件制备的技术难关，形成一系列自主知识产权的专利技术，制备出了诸如碳化硅真空吸盘、导轨、反射镜、工件台等一系列***用精密碳化硅结构件，满足了***等集成电路制造关键装备用精密结构件的使用要求，推动了我国集成电路关键装备的独立自主健康发展。

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集成电路制造关键技术及装备主要有包括光刻技术及光刻装备、薄膜生长技术及装备、化学机械抛光技术及装备、高密度后封装技术及装备等，均涉及高效率、高精度、高稳定性的运动控制技术和驱动技术，对结构件的精度和结构材料的性能提出了极高的要求。

以***中工件台为例，该工件台主要负责完成曝光运动，要求实现高速、大行程、六自由度的纳米级超精密运动，如对于100nm分辨率、套刻精度为33nm和线宽为10nm的***，其工件台定位精度要求达到10nm，掩模硅片同时步进和扫描速度分别达到150nm/s和120nm/s，掩模扫描速度接近500nm/s，并且要求工件台具有非常高的运动精度和平稳性。

① 高度轻量化：为降低运动惯量，减轻电机负载，提高运动效率、定位精度和稳定性，结构件普遍采用轻量化结构设计，其轻量化率为60%~80%，最高可达到90%；

② 高形位精度：为实现高精度运动和定位，要求结构件具有极高的形位精度，平面度、平行度、垂直度要求小于1μm，形位精度要求小于5μm；

③ 高尺寸稳定性：为实现高精度运动和定位，要求结构件具有极高的尺寸稳定性，不易产生应变，且导热系数高、热膨胀系数低，不易产生大的尺寸变形；

④ 清洁无污染：要求结构件具有极低的摩擦系数，运动过程中动能损失小，且无磨削颗粒的污染。

碳化硅材料具有极高的弹性模量、导热系数和较低的热膨胀系数，不易产生弯曲应力变形和热应变，并且具有极佳的可抛光性，可以通过机械加工至优良的镜面；因此采用碳化硅作为***等集成电路关键装备用精密结构件材料具有极大的优势。但是传统的陶瓷制备工艺如注浆、干压等很难实现诸如***工作台这类复杂部件的制备。为此，中国建材总院研发出一系列成型、烧结技术，解决了采用碳化硅材料制作此类部件的国产化问题。

集成电路制造装备用精密陶瓷结构件产业格局 >>      

目前全球集成电路制造装备支出达到500亿美元，其中陶瓷结构件占支出的20%以上。目前IC制造装备用高端碳化硅陶瓷零部件70%被Kyocera、CoorsTek两家公司垄断，剩余部分也被欧美日企业所占据。

Kyocera和CoorsTek产品的特点是种类齐全、市场覆盖面广，以半导体用陶瓷组件为例，CoorsTek提供的精密陶瓷结构件涵盖了***专用组件、等离子刻蚀设备专用组件、PVD/CVD专用组件、离子注入设备专用组件、晶片吸附固定传输专用组件等一系列产品；Kyocera则提供***、晶圆制造设备、刻蚀机、沉积设备(CVD、PVD)、液晶面板(LCD)制造装备等专用的陶瓷零部件。

我国集成电路关键装备用精密陶瓷结构件的自主研究和国产化应用推广才刚刚起步，随着我国半导体工业的蓬勃发展，市场对该类高端陶瓷结构件的需求会越来越大，碳化硅以其优异的物理化学性能，在集成电路关键装备用结构件领域具有广阔的应用前景，中国建材总院在该领域已经进行了初步的研制与探索并取得了良好的成果。

审核编辑：刘清