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在半（bàn）導體產業中，半導體製（zhì）造設備是我國卡脖子的問題，也是重點鼓勵（lì）發（fā）展的產業。近幾（jǐ）年，隨著******政策的調整，半導體行業（yè）迅速發展，產業規模急速增大，半導體製造設備持續向（xiàng）精（jīng）密化、複雜化演（yǎn）變，高精密（mì）陶（táo）瓷關鍵部件的技術要求（qiú）也越來越高。
2022年的全國兩會，各民主黨派圍繞中共中央和******重要決策部署，圍繞社會公眾關心的重要民生問題，發揮自身優勢，提（tí）出了一係列意見建議（yì），為黨和政府科（kē）學決策提供了重要參考（kǎo）。人民（mín）網（wǎng）·中國共產（chǎn）黨（dǎng）新聞網和（hé）中國統一戰線新聞網（wǎng）聯（lián）合推出2022年全國（guó）兩會各民（mín）主（zhǔ）黨派提案選登專欄，選登（dēng）各（gè）民主黨派（pài）中央擬提交全國政協（xié）十三（sān）屆五次會議的部分（fèn）提案。其中，台（tái）盟中央（yāng）擬提交關於進一步加快半（bàn）導體精密陶瓷部件產業發展的提案。
該提案強調，作為半導體生產（chǎn）設備的關鍵（jiàn）部件（jiàn），精密陶（táo）瓷（cí）部（bù）件的研發生產直接影響著半導體（tǐ）裝備製造業乃至整個半導體產（chǎn）業鏈的發展。可以（yǐ）說，精密陶瓷部件是整個半導體產業基（jī）礎中的基礎。因此（cǐ），無論從經濟安全角度還是（shì）產業成本角度考慮，要突（tū）破我國半導體產業麵臨的卡脖子窘境，必須重視精密陶瓷部件等半導體生產設備關鍵部件的國產化發展。
活躍於半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（yīng）用（yòng）
半導體設備需要大（dà）量的精密陶瓷部件。由於陶瓷具有高硬度、高彈性模量、高耐磨、高絕（jué）緣、耐腐蝕、低膨脹等優點，可用作矽片拋光（guāng）機、外延/氧化/擴散等熱處理設備（bèi）、光刻機、沉積設（shè）備，半導體（tǐ）刻蝕設備，離子（zǐ）注（zhù）入機等設（shè）備的（de）零部件。半（bàn）導體陶瓷（cí）有氧化鋁、氮化矽、氮化鋁、碳化矽等，在半導體設備中，精密（mì）陶瓷的價值約占16%左右。
1、氧化鋁(Al₂O₃)
氧化（huà）鋁在半導體裝備中使用***為廣泛的精密陶瓷材料。具有材料結構穩定，機械強度高，硬度高，熔點（diǎn）高（gāo），抗腐（fǔ）蝕，化學（xué）穩定（dìng）性優（yōu）良，電阻（zǔ）率大，電絕緣性能好等優點，在半導體設備中應用（yòng）廣（guǎng）泛（fàn）。
在半導體刻蝕設（shè）備中，刻蝕機腔室（shì）材料（liào）作為晶圓汙染的主要來源，等（děng）離子刻蝕對其影響程度決定了（le）晶（jīng）圓的良（liáng）率（lǜ）、質量、刻蝕工藝的穩定（dìng）性等等。因此，刻蝕機腔室材料（liào）的選用尤為重要。當前，主要（yào）采用高純（chún）Al₂O₃塗層或Al₂O₃陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內部件的（de）防護材料。除了腔體以外，等離子體設備的氣體噴嘴（zuǐ），氣體分配盤和固定晶圓（yuán）的固定環等也需用到氧化鋁（lǚ）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（hé）碳化矽（guī）陶瓷都具備致密質、高（gāo）硬（yìng）度、高耐磨（mó）性的（de）物理性質，以及良好的耐（nài）熱性能、優良的機械強度，高溫環境仍具有良好的絕緣性、良（liáng）好的抗腐蝕（shí）性等物（wù）理性能，是用於製作半導體設備（bèi）機械手臂的（de）絕佳材料。從材料性質來看，碳化矽陶瓷用於製作陶（táo）瓷機械手臂較為（wéi）合適，但是從材料價格、加工難度等經濟方麵來說，氧化鋁陶瓷機械手臂的性（xìng）價（jià）比更高。
此外，在晶（jīng）圓拋光工藝中，氧化鋁陶瓷可（kě）被廣（guǎng）泛應（yīng）用於拋（pāo）光板、拋（pāo）光磨墊校正平台、真空吸盤等。
2、碳化（huà）矽(SiC)
碳（tàn）化矽具有高導熱性、高溫機械強度、高剛度、低熱膨脹係（xì）數、良好的熱均勻性、耐腐蝕性、耐磨耗性等特性。碳化矽（guī）在高達1400℃的極端溫度下，其仍能保持良好的強度。采用碳化矽陶瓷的研磨盤由於硬（yìng）度高（gāo）而磨損小，且熱（rè）膨脹（zhàng）係數與矽晶片基本相同，因而可以高（gāo）速研磨拋（pāo）光。
碳化矽刻蝕托盤
在矽晶片生產時，需要經過（guò）高溫熱處理，常使用碳化（huà）矽夾具運輸，其耐熱、無損，可在表麵塗敷類金剛石（DLC）等塗層，可增強性（xìng）能，緩解（jiě）晶（jīng）片損壞，同時防止汙染擴散。此外，碳化矽陶瓷還可應用在XY平台、基座、聚焦（jiāo）環（huán）、拋光板、晶圓夾盤（pán）、真空吸盤、搬運臂、爐管（guǎn）、晶舟、懸臂（bì）槳等。
3、氮化鋁(AIN)
高純氮化鋁陶瓷具有卓越的熱傳導（dǎo）性，耐熱性、絕緣性，熱膨脹係數接近矽，且具有優異的等離子（zǐ）體抗性，產品熱量分布（bù）均勻。可應（yīng）用於晶片加熱的加熱器、靜電夾盤等。
氮化鋁加熱（rè）板（圖源：coorstek）
4、氮（dàn）化矽(Si3N4)
氮化矽（guī）(Si3N4）是斷裂（liè）韌性高（gāo）、耐熱衝擊性強、高耐磨（mó）耗性、高機（jī）械強度、耐腐蝕的材料。可應用於半導體設備（bèi）的平（píng）台、軸（zhóu）承等（děng）部件。
二、精密陶瓷在國內外的發展現狀（zhuàng）
1、半導體設備市場（chǎng）將突破千億美元，陶瓷部（bù）件占成本10%以上
近期，美國半（bàn）導體產業協會（SIA）表示，2021年全球芯片銷售額達到創紀錄的5559億美（měi）元，較上年增長26.2%。該（gāi）協會預計，隨著芯片製造商繼續擴大產（chǎn）能以（yǐ）滿足需求，2022年全球芯片銷（xiāo）售額將（jiāng）增長8.8%。
圖片來源：pixabay
半導體市場（chǎng）迅猛發展的同時帶飛了上遊設備（bèi）市場。
據（jù）了解，繼2020年同比增長17%以及2021年（nián）同比增（zēng）長（zhǎng）39%之後，晶圓廠（chǎng）設（shè）備支出（chū）預計在2022將繼（jì）續保持增長。SEMI(國際半導體產業協會)指出，2022年全球前端晶圓廠設備（bèi）(不含（hán）封（fēng）裝測試的前道工藝設備，一般為晶圓製造設備)支出預計將超過980億美（měi）元，達到（dào）曆史新高，連續第三年實現增長（zhǎng）。
精密（mì）陶瓷已成（chéng）為半導體設備的關鍵部件，成本占（zhàn）10%以上。
在高（gāo）端光刻機中，為實現高製程精度，需要廣泛采用具有良好的功能複合性、結構穩定性、熱穩定性、尺寸精（jīng）度的陶瓷零部件，如E-chuck、Vacumm-chuck、Block、磁鋼骨（gǔ）架水冷板、反射鏡、導（dǎo）軌等，這些關鍵部件一般選用精密陶瓷材料。
矽片用碳化矽真空（kōng）吸盤（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（kè）蝕對其影響程度決定了晶圓的良率、質量、刻蝕（shí）工藝（yì）的穩定性（xìng）等等。因此，研究和開發出一種極其耐刻蝕腔體材料（liào）成（chéng）為半導體集成產業以及等離子刻蝕技（jì）術中一項極具挑戰的（de）任務。當前，主要采用高純Al₂O₃塗層或Al₂O₃陶（táo）瓷作（zuò）為刻蝕腔（qiāng）體和腔體（tǐ）內部件的防護材料（liào）。除了腔體（tǐ）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固定（dìng）環等也需用到精密陶瓷。
一台半導體設備看（kàn）似是用金屬及（jí）塑料打造的，其實裏麵隱藏著非常（cháng）多（duō）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（zhōng）的應用遠比我（wǒ）們想（xiǎng）象中要多。
2、當前全球競爭格局
目前國（guó）外在集成電路核心裝（zhuāng）備用精密陶瓷結構件的（de）研發和應用方麵走在前列的公司有（yǒu）日（rì）本京瓷（cí）、美國CoorsTek、德國BERLINERGLAS等，其中，京瓷和CoorsTek公司（sī）占據了集成電路核心裝備用高端精密陶瓷結構件市場份額（é）的70%。
京瓷及（jí）CoorsTek製（zhì）造的高端陶瓷零部件具有材料體係齊全、性能優異、結構複雜、加工（gōng）精度高等特點，所製造的精密陶瓷結構（gòu）件幾乎涵蓋了現有結構陶瓷材料體係，如氧化鋁、碳化矽、氮化（huà）矽、氮化鋁等；結構件的應用（yòng）領域也幾乎覆（fù）蓋了（le）全（quán）部集（jí）成電路核心裝備，形（xíng）成了一係列（liè）型號齊全、品種多（duō）樣的（de）精密陶瓷結（jié）構件產品，如（rú）美國CoorsTek公司能夠提供光刻機專用組件、等離子刻蝕設備（bèi）專用組件、PVD/CVD專用組件、離子注入設備專用組件、晶片吸附固定傳輸專用組件（jiàn）等一係列產品；京瓷能夠提供光刻機（jī）、晶圓製造設備、刻蝕機、沉積設（shè）備（CVD、濺射）、LCD等裝備用精密陶瓷結構件（jiàn）。我國在集成電路核心裝（zhuāng）備用精密陶瓷結構（gòu）件的研發和應用方（fāng）麵起步較晚，在大尺寸、高（gāo）精（jīng）度、中空、閉孔、輕量化結（jié）構的結構陶瓷零（líng）部件的製備領域有諸多關（guān）鍵技術問題有待突破。
3、我國麵臨的問題
本次台（tái）盟中央擬提（tí）交的關於進一步加快半導體精密陶瓷部件產業發展的提案指出了（le）我國（guó）精密陶瓷產業發展存在的（de）問題並給出了重要建（jiàn）議。其中，目前我國精密陶（táo）瓷產業發展存在以下問題：
一是研發體係不健（jiàn）全，具備研發實力的核心企業長期缺位。在科研層麵，我國清華大學、中科院上海矽酸鹽研究所等科研院（yuàn）單位在精密陶瓷研發方麵雖然有很好的積累，但上世紀（jì）九十年代末之後研發投入幾乎停止，精密陶瓷應用收窄，高端（duān）產品止步於實驗室而難以量產。在企業層麵（miàn），陶瓷產業鏈長期存在大而不強的問題，尤其（qí）原料環節陶瓷粉體製備水平（píng）較日本（běn）、德國等（děng）仍然差距很大，目前（qián）國內結構陶瓷基本限於大量低端（duān）陶瓷製（zhì）品（pǐn），而且規模都不突出，難以具備足夠的研發實力。
二是國內半導體係統、製造及封測廠商慣性采購國外設備與部件，國（guó）產部件（jiàn）與（yǔ）材料進（jìn）入采購體係的難度大。國內部（bù）件產品正處於關鍵的摸索提（tí）升期，短期難以通過設（shè）備龍頭企業的OEM品質******，更需要國內半導體產業鏈骨幹企（qǐ）業的耐心參（cān）與及聯合培育。
三是關鍵材料的產業（yè）投入有待加強。由於研發周期長（zhǎng）、開發難度大等因素，目前，對精密陶瓷部件等關鍵材料的產業投入不足。以******集（jí）成電路產業基金為例，對裝備及材料產業的（de）投入僅占其投資總額的3%，這與其地位作用不（bú）匹配。
三、對我國（guó）精密陶（táo）瓷產業的發展建議
1、培育潛力企業，發揮行業帶動作用。
建議******有關部門在落實（shí）《******集成電路產業發展推進綱要》中，進一步加大對精密陶瓷（cí）部件（jiàn）研發和（hé）產業的支（zhī）持。通過整合科研係統與行業協會、聯盟，在全國範圍內集中資源優先甄選扶植（zhí）一批具有國際（jì）競（jìng）爭力的潛力企業，從而帶動全（quán）行業企業發展。
2、加強產業協（xié）同，整合國內產業資源。
建議******有關部門鼓勵國有裝備、材料、化工等大型企業參（cān）與精密陶瓷行業發展。製定裝（zhuāng）備及配件國產化的指導性目標，建立財（cái）政引導與科技保（bǎo）險相結合的關（guān）鍵部件材料國產化引導機製，通過政府（fǔ）財政與市場化保險產品的保障（zhàng）支持（chí），鼓勵（lì）國（guó）內半導體裝備企業采購國產精密陶瓷部（bù）件。鼓勵企業及院校聯合建立技術（shù）研發與檢測******機構，加快建立精密陶瓷等關鍵部件及材料國產化的科技服務體係。
3、強化涉企保障，優化（huà）產（chǎn）業發展環境。
建議******有關部門在精密陶瓷產業聚集（jí）地設立知識產權協助中心，通（tōng）過縮短知識產權（quán）審核授權周期、加大侵權懲戒力度（dù）等方式，指導並協助企業處理（lǐ）知識產權糾紛，保護研（yán）發創（chuàng）新（xīn）動力（lì）。吸引精密陶瓷重點企業落戶（hù）保稅區，通過有限區域（yù）的稅收政策差（chà）異化（huà），緩解半導（dǎo）體產業當前（qián）的研發攻（gōng）關成本壓力。同時，圍繞精密陶瓷企業專業技術人才培育，加強政策統籌協調，支持（chí）地方做好核心團隊成員的（de）落戶、子女就學、醫療等配套保障，尤其是從國外領先企業的引進人才團隊的服務支持（chí）。
4、發揮（huī）市場（chǎng）作用，加大產（chǎn）業投入力度。
建（jiàn）議進一步完善上交所、深交所交易功能（néng），借助北京證券交易所的建立新契機，在三家******級交易所創新（xīn）設立精（jīng）密陶瓷等新材料板（bǎn）塊，精準支持具有核心競爭（zhēng）力的（de）新材料中小企業。鼓勵保險、信托等長期資金加大對******未上市中小企業的股權投資，打通資本融（róng）入、退出的合（hé）理通道（dào），為進一步支持新材料類硬核科技企業（yè）成（chéng）長清障提速。
參考來源：人民網·中國共產黨新聞（wén）網、中國電子報、路透社
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本文作（zuò）者：材料委天津（jīn）院
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本文責編：閆琳（lín）
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