集成電路產(chǎn)業(yè)(即IC產(chǎn)業(yè))是關(guān)乎國(guó)家經(jīng)濟(jì)、政治和國(guó)防安全的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，在IC產(chǎn)業(yè)中，集成電路制造裝備具有極其重要的戰(zhàn)略地位。以***為代表的集成電路關(guān)鍵裝備是現(xiàn)代技術(shù)高度集成的產(chǎn)物，其設(shè)計(jì)和制造過(guò)程均能體現(xiàn)出包括材料科學(xué)與工程、機(jī)械加工等在內(nèi)的諸多相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的最高水平。

例如，對(duì)于材料科學(xué)與工程學(xué)科而言，集成電路制造關(guān)鍵裝備要求零部件材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、高導(dǎo)熱系數(shù)和低熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)，且致密均勻無(wú)缺陷；對(duì)于機(jī)械加工學(xué)科而言，集成電路制造關(guān)鍵裝備則要求零部件具有極高的尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性，以保證設(shè)備實(shí)現(xiàn)超精密運(yùn)動(dòng)和控制。

在國(guó)內(nèi)，中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院率先開(kāi)展了極大規(guī)模集成電路制造裝備用精密碳化硅結(jié)構(gòu)件的制備工藝研究，攻克了以***為代表的集成電路制造關(guān)鍵裝備用大尺寸、中空薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、精密碳化硅結(jié)構(gòu)件制備的技術(shù)難關(guān)，形成一系列自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，制備出了諸如碳化硅真空吸盤、導(dǎo)軌、反射鏡、工件臺(tái)等一系列***用精密碳化硅結(jié)構(gòu)件，滿足了***等集成電路制造關(guān)鍵裝備用精密結(jié)構(gòu)件的使用要求，推動(dòng)了我國(guó)集成電路關(guān)鍵裝備的獨(dú)立自主健康發(fā)展。

集成電路制造裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn) >>

集成電路制造關(guān)鍵技術(shù)及裝備主要有包括光刻技術(shù)及光刻裝備、薄膜生長(zhǎng)技術(shù)及裝備、化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)及裝備、高密度后封裝技術(shù)及裝備等，均涉及高效率、高精度、高穩(wěn)定性的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)件的精度和結(jié)構(gòu)材料的性能提出了極高的要求。

以***中工件臺(tái)為例，該工件臺(tái)主要負(fù)責(zé)完成曝光運(yùn)動(dòng)，要求實(shí)現(xiàn)高速、大行程、六自由度的納米級(jí)超精密運(yùn)動(dòng)，如對(duì)于100nm分辨率、套刻精度為33nm和線寬為10nm的***，其工件臺(tái)定位精度要求達(dá)到10nm，掩模硅片同時(shí)步進(jìn)和掃描速度分別達(dá)到150nm/s和120nm/s，掩模掃描速度接近500nm/s，并且要求工件臺(tái)具有非常高的運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性。

① 高度輕量化：為降低運(yùn)動(dòng)慣量，減輕電機(jī)負(fù)載，提高運(yùn)動(dòng)效率、定位精度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)件普遍采用輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其輕量化率為60%~80%，最高可達(dá)到90%；

② 高形位精度：為實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)和定位，要求結(jié)構(gòu)件具有極高的形位精度，平面度、平行度、垂直度要求小于1μm，形位精度要求小于5μm；

③ 高尺寸穩(wěn)定性：為實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)和定位，要求結(jié)構(gòu)件具有極高的尺寸穩(wěn)定性，不易產(chǎn)生應(yīng)變，且導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)低，不易產(chǎn)生大的尺寸變形；

④ 清潔無(wú)污染：要求結(jié)構(gòu)件具有極低的摩擦系數(shù)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能損失小，且無(wú)磨削顆粒的污染。

碳化硅材料具有極高的彈性模量、導(dǎo)熱系數(shù)和較低的熱膨脹系數(shù)，不易產(chǎn)生彎曲應(yīng)力變形和熱應(yīng)變，并且具有極佳的可拋光性，可以通過(guò)機(jī)械加工至優(yōu)良的鏡面；因此采用碳化硅作為***等集成電路關(guān)鍵裝備用精密結(jié)構(gòu)件材料具有極大的優(yōu)勢(shì)。但是傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝如注漿、干壓等很難實(shí)現(xiàn)諸如***工作臺(tái)這類復(fù)雜部件的制備。為此，中國(guó)建材總院研發(fā)出一系列成型、燒結(jié)技術(shù)，解決了采用碳化硅材料制作此類部件的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題。

集成電路制造裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件產(chǎn)業(yè)格局 >>

目前全球集成電路制造裝備支出達(dá)到500億美元，其中陶瓷結(jié)構(gòu)件占支出的20%以上。目前IC制造裝備用高端碳化硅陶瓷零部件70%被Kyocera、CoorsTek兩家公司壟斷，剩余部分也被歐美日企業(yè)所占據(jù)。

Kyocera和CoorsTek產(chǎn)品的特點(diǎn)是種類齊全、市場(chǎng)覆蓋面廣，以半導(dǎo)體用陶瓷組件為例，CoorsTek提供的精密陶瓷結(jié)構(gòu)件涵蓋了***專用組件、等離子刻蝕設(shè)備專用組件、PVD/CVD專用組件、離子注入設(shè)備專用組件、晶片吸附固定傳輸專用組件等一系列產(chǎn)品；Kyocera則提供***、晶圓制造設(shè)備、刻蝕機(jī)、沉積設(shè)備(CVD、PVD)、液晶面板(LCD)制造裝備等專用的陶瓷零部件。

我國(guó)集成電路關(guān)鍵裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件的自主研究和國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用推廣才剛剛起步，隨著我國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)的蓬勃發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)該類高端陶瓷結(jié)構(gòu)件的需求會(huì)越來(lái)越大，碳化硅以其優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在集成電路關(guān)鍵裝備用結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，中國(guó)建材總院在該領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了初步的研制與探索并取得了良好的成果。

審核編輯：劉清