靜電吸盤在半導體制造工藝的多個環節扮演著重要作用。現代半導體工藝中包含晶圓的清洗、氧化、光刻、刻蝕、沉積等環節,每個環節中又涉及到多種工序,這其中離子注入、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)等工序均需要保證晶圓的平穩固定,因此都需要靜電卡盤來進行夾持。
相較于傳統的機械卡盤與真空卡盤,靜電卡盤有以下幾個優勢:
(1)吸附力均勻:傳統的機械卡盤與真空卡盤由于夾持方法原因會使晶圓產生翹曲或變形,而靜電卡盤由于吸附作用均勻分布在晶圓表面,因此可以保證晶圓具有較好的平整度,從而具有更好的加工精度。
(2)污染小:傳統的機械卡盤與真空卡盤在工作中容易受到微小顆粒的污染從而導致晶圓變形或表面劃傷。靜電卡盤對晶圓的污染較小,因此可保證晶圓加工過程中具有較高的良率。
(3)可用于真空環境:半導體制造工藝中離子注入、CVD等環節需要在真空環境下進行,傳統的真空卡盤由于在真空環境中晶圓內外表面無法產生壓強差,因此無法對晶圓實現吸附。靜電卡盤由于利用靜電力進行吸附,因此在真空環境下依然可以保證較好的吸附性能。
半導體靜電吸盤市場高度壟斷
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半導體行業是陶瓷靜電吸盤的主要消費者,主要用于集成電路(IC)和其他電子元件的制造。就應用設備而言,目前刻蝕設備是最主要的需求來源,占大約44.5%的份額;就應用尺寸而言,目前300毫米晶圓是最主要的需求來源,300毫米晶圓用靜電吸盤主要由PVD設備、刻蝕機、離子注入機等高端半導體裝備需求推動,占據77.52%的份額。此外,由于技術的進步和應用場景的增加,對半導體器件的需求持續增長,對陶瓷靜電卡盤的需求也隨之增加。
根據QY Research報告顯示,預計2030年全球半導體用陶瓷靜電卡盤市場規模將達到16.3億美元,2024-2030年復合增長率為5.3%。
但靜電吸盤市場具有高度壟斷性,一直由日本和美國企業主導,屬于“卡脖子”關鍵零部件,尤其在美國半導體制裁加劇的背景下,國產替代需求進一步增強。
國產靜電吸盤,正在發力!
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受益于晶圓廠在中國大陸大規模建設,中國大陸成為半導體設備市場規模增長最快的地區,進而推動靜電吸盤市場的快速增長,為國產靜電吸盤的發展提供了良好的機遇。
目前國內已實現靜電吸盤商業化生產的企業,如海拓創新,目前已經完成了4寸至12寸半導體FAB靜電卡盤交付實績,尤其是在第三代化合物半導體方面,已實現規模化交付。而華卓精科,自主研發的靜電吸盤符合半導體行業相關標準和加工,目前靜電吸盤相關技術應用于產品生產并形成了小批量量產,并可為客戶提供定制化的產品。珂瑪科技2024年年報顯示,8英寸刻蝕機Monopolar靜電卡盤已經通過B公司驗證并量產,12英寸ICP/CCP刻蝕機Monopolar靜電卡盤已通過B公司驗證并量產,多區加熱靜電卡盤即將交付B公司測試 。截至2024年末,已累計生產超過10支,累計交付客戶超過10支。中瓷電子2022年公司布局精密陶瓷零部件領域,實現加熱盤和靜電吸盤等技術難度高的精密零部件國產化,中瓷電子開發的陶瓷加熱盤產品核心技術指標已達到國際同類產品水平并通過用戶驗證,已批量應用于國產半導體關鍵設備中。陶瓷加熱盤已實現批量出貨,靜電卡盤已送樣測試。
除此之外,不少資本、新勢力也踏上靜電吸盤國產化大道。
君原電子
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4月2日,君原電子與東湖高新區簽約,將在光谷建設半導體靜電吸盤項目。此次簽約項目落戶未來科技城光谷筑芯科技產業園,將建設靜電吸盤產線,就近為光谷集成電路企業提供靜電吸盤生產與維修服務。
公開資料顯示,靜電吸盤是君原電子的核心產品之一,其具備半導體靜電吸盤(ESC)從研發到量產的全流程能力,其產品覆蓋14納米及以上制程的主要刻蝕機臺應用,已通過國內12寸晶圓廠驗證。
卓瓷科技
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3月6日,無錫卓瓷科技有限公司與東湖高新區簽約,將在光谷落地卓瓷科技武漢研發生產基地項目。此次簽約項目落戶東湖綜保區,卓瓷科技將投資設立華中區域子公司,生產核心零部件靜電卡盤、陶瓷加熱器等產品,服務武漢及周邊晶圓制造商。
公開資料顯示,卓瓷科技成立于2021年,專注于泛半導體領域陶瓷部件研發與生產,所生產產品廣泛應用于半導體(集成電路)、液晶面板、納米材料、電子醫療、航空航天等多行業領域。公司先后與多所高等院校、研究所等展開深入的合作,產學研合作涵蓋了公司現有及未來布局的大部分材料體系,針對氧化釔結構件及噴涂、氮化鋁、導電陶瓷、低介電損耗陶瓷、碳化硅等先進陶瓷粉末材料;靜電吸盤、加熱器、APS、PVD涂層等核心零部件領域布局研發戰略。
江豐電子
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1月17日,江豐電子與韓國KSTE INC.簽署框架協議,計劃引進靜電吸盤生產技術及產線,橫向拓展半導體精密零部件業務。
據悉,KSTEINC.是韓國領先的專業從事靜電吸盤生產以及相關的設備及工藝開發、集成與安裝業務的企業,掌握了靜電吸盤的設計、生產和銷售領域的眾多專有技術和業務信息。此次與韓國KSTEINC.合作,引進約定范圍的靜電吸盤產品所需的全部生產技術并采購相關生產線,并最終實現江豐電子在中國大陸地區獨立量產,將會進一步完善公司在半導體精密零部件領域的布局。
除了靜電吸盤外,4月15日,江豐電子發布公告,將對韓國江豐的投資總額由不超過3.5億元增加至不超過7億元。這被視為強化與韓國半導體產業鏈的深度合作,拓展超高純金屬濺射靶材業務的全球份額。
中科金瓷
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2024年10月,盛科創投聯合其他社會資本完成對中科金瓷數千萬元PreA輪增資。中科金瓷成立于2023年4月,公司專注于晶圓靜電吸盤、陶瓷加熱盤等半導體制程陶瓷新材料及相關元器件的研發和產業化,具有從原材料合成與處理、粉料制作、精密成型、燒結、精密和超高精度加工及功能化處理等特種陶瓷和陶瓷基電子元器件全流程技術與制造能力。目前公司主要產品包括各類陶瓷結構件、以及晶圓靜電吸盤、陶瓷加熱盤等精密陶瓷零部件,廣泛應用于半導體制程設備、光伏新能源等多個細分領域,目前多款國產替代產品已進入國內知名半導體設備廠驗證階段。
海古德
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國投創業完成對國內高端半導體電子陶瓷與精密零部件領軍企業無錫海古德新技術有限公司的領投。此次投資旨在推動高端半導體材料和設備精密零部件自主創新,加速實現國產替代。
海古德核心業務聚焦于氮化鋁、氮化硅和碳化硅三大前沿材料,憑借深厚的技術底蘊與創新能力,公司成功研發出高性能氮化鋁陶瓷基板、高性能氮化硅陶瓷基板、靜電卡盤、加熱盤、全陶瓷加熱器、高純碳化硅精密陶瓷件等一系列半導體核心封裝材料和關鍵零部件,目前已在多家半導體設備制造企業實現批量化供應。借助本次投資,海古德將持續拓展泛半導體先進陶瓷材料體系及應用領域,致力于為客戶提供更加全面、優質的產品系列,不斷加大研發投入,深化技術創新。
湘芯半導體
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2024年11月,湘芯半導體生產基地(一期)項目在婁星產業開發區開工建設。項目總投資25億元,其中項目一期投資9億元,將建成全國首條大尺寸靜電吸盤生產線、碳化硅刻蝕環生產線、超高速磁懸浮分子泵生產線。達產后,預計可年產3萬件半導體設備用核心零部件。
小結
靜電吸盤的技術壁壘極高,涉及材料、精密加工、溫控、靜電吸附穩定性等多個環節。我國靜電吸盤行業發展時間短,尚處于起步階段,也有不少企業取得進展,但也遠遠不夠,仍還需產業上下游協同發展。
山西證券:陶瓷材料國產替代 | 半導體先進結構陶瓷與靜電卡盤的國產化分析
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