精密陶瓷零部件是光刻、刻蝕、薄膜沉積、離子注入、CMP等多個半導體制造關鍵流程核心設備關鍵部件，如軸承、導軌、內襯、靜電吸盤、機械搬運臂等。尤其是在設備腔體內部，發揮支撐、保護、導流等功能。

半導體制造中先進陶瓷使用情況

圖片來源：珂瑪科技

本文系統梳理了主要半導體設備中精密陶瓷部件的應用情況。

前道工藝：晶圓制造設備中的精密陶瓷

01光刻機

在高端光刻機中，為實現高制程精度，需要廣泛采用具有良好的功能復合性、結構穩定性、熱穩定性、尺寸精度的陶瓷零部件，如靜電吸盤、Vacumm-chuck、Block、磁鋼骨架水冷板、反射鏡、導軌、工件臺、掩模臺等。

代表性陶瓷部件：靜電吸盤、移動平臺。

• 靜電吸盤

靜電吸盤是半導體部件制造中廣泛應用的硅片夾持和轉移工具，廣泛用于基于等離子體和真空的半導體工藝，如蝕刻、化學氣相沉積和離子注入等。

• 主要陶瓷材料

氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷

• 制造難點

復雜的結構設計、原材料選擇與燒結、溫度控制、高精度加工技術

• 移動平臺

光刻機移動平臺的材料體系設計是光刻機獲得高精度、高速度的關鍵。為了有效抵抗移動平臺在掃描過程中由于高速移動而產生的變形，平臺材料應包括具有較高比剛度的低熱膨脹材料，即此類材料具備高模量的同時還應滿足低密度的需求。另外，材料還需要較高的比剛度，這能夠使整個平臺在承受更高加速度和速度的同時保持相同的失真水平。通過在不增加失真的情況下以更高的速度轉換掩模，增加吞吐量，在保證高精度的同時提高工作效率。

• 主要陶瓷材料

堇青石陶瓷、碳化硅陶瓷。

02刻蝕機

為了將芯片電路圖從掩模轉移到晶圓上，以實現預定的芯片功能，刻蝕工藝是其中重要的一環。刻蝕設備上采用陶瓷材料制作的部件主要有腔體、窗視鏡，氣體分散盤，噴嘴，絕緣環，蓋板，聚焦環和靜電吸盤等。

代表性陶瓷部件：靜電吸盤、聚焦環、氣體分配盤。

• 腔體

隨著半導體器件最小特征尺寸的不斷縮小，對晶圓缺陷的要求變得更加嚴格，為了避免金屬雜質和顆粒的污染，對半導體設備腔體和腔體內的部件材料提出了更加嚴格的要求，目前陶瓷材料已經成為刻蝕機腔體的主要材料。

• 材料要求

（1）純度要高，金屬雜質含量少；

（2）主要組成成分化學性質穩定，特別是與鹵素類腐蝕性氣體的化學反應速率要低；

（3）致密度高，開口氣孔少；

（4）晶粒細小，晶界相含量少；

（5）具有優良的機械性能，便于生產加工；

（6）某些部件可能還有其他性能要求，如良好的介電性能、導電性或導熱性等。

• 主要材料

石英、碳化硅、氮化鋁、氧化鋁、氮化硅、氧化釔等。

• 氣體分配盤

它的表面密密麻麻地分布著幾百上千個微小的通孔，如同精密編織的神經網絡，能精準控制氣體流量與噴射角度，確保晶圓加工的每一寸都均勻“沐浴”在工藝氣體中，提高生產效率和產品質量。

• 技術難點

氣體分配盤除對潔凈度、耐腐蝕性有極高要求外，對氣體分配盤上的小孔孔徑一致性、小孔內壁毛刺有嚴苛要求，如孔徑尺寸公差和一致性標準差過大或任一內壁存在毛刺，則會導致沉積膜層厚度不一，進而直接影響設備工藝良率。

• 主要陶瓷材料

CVD-SiC、氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷等。

• 聚焦環

聚焦環的作用是提供均衡的等離子，要求與硅晶圓有相似的電導率。以往采用的材料主要是導電硅，但是含氟等離子體會與硅反應生成易揮發的氟化硅，大大縮短其使用壽命，導致部件需要頻繁更換，降低生產效率。SiC與單晶Si有相似的電導率，而且耐等離子體刻蝕性能更好，可以作為聚焦環的使用材料。

• 主要陶瓷材料

碳化硅陶瓷

03薄膜沉積設備

在PVD、CVD等薄膜沉積工藝設備中，陶瓷靜電吸盤也是核心部件。此外，氣體分配盤、陶瓷加熱器、腔體等也均采用陶瓷部件。

陶瓷加熱器

代表性部件：靜電吸盤、陶瓷加熱器。

• 陶瓷加熱器

陶瓷加熱器是直接應用于工藝腔體中，與晶圓直接接觸，不僅承載晶圓，還確保晶圓獲得穩定、均勻的工藝溫度的部件，是半導體薄膜沉積設備中的關鍵部件。

• 主要陶瓷材料

氮化鋁陶瓷、氧化鋁陶瓷。

后道工藝：封裝測試設備中的精密陶瓷

01化學機械拋光（CMP）設備

在CMP設備中，拋光板、搬運臂、校正平臺、真空吸盤等均采用陶瓷材質。

02晶圓切割與封裝設備

• 核心部件

• 切割刀片

金剛石-陶瓷復合材料，切割速度達300mm/s，崩邊＜1μm。

• 熱壓焊頭

氮化鋁陶瓷，導熱率220 W/mK，確保焊點溫度均勻性±2℃封裝基板。

• 低溫共燒陶瓷（LTCC）

布線精度達10μm，支持5G毫米波傳輸。

• 陶瓷劈刀

引線鍵合過程中的重要工具。常用氧化鋁陶瓷、氧化鋯增強氧化鋁陶瓷等。

陶瓷劈刀

03測試探針臺

• 核心部件

• 陶瓷轉接基板

氧化鈹陶瓷、氮化鋁陶瓷

• 高頻測試夾具

氮化鋁陶瓷

支撐系統：晶圓傳輸與潔凈環境中的陶瓷件

01晶圓傳輸機器人

• 核心部件

• 機械臂

氧化鋁陶瓷、碳化硅陶瓷。

• 機械臂關節軸承

氧化鋯陶瓷球，摩擦系數＜0.001，壽命＞1000萬次循環真空。

• 機械手手指

碳化硅陶瓷，耐150℃烘烤，顆粒釋放量＜0.1個/cm2

02超純水與氣體輸送系統

• 核心部件

• 閥門密封件

氮化硅陶瓷，耐氫氟酸腐蝕。

• 管道內襯

高密度氧化鋁陶瓷。

參考來源：中國粉體網、珂瑪科技招股說明書、及鋒科技

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