中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，以先進(jìn)陶瓷為代表的關(guān)鍵零部件是支撐半導(dǎo)體設(shè)備實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造的重要載體，也是目前國(guó)產(chǎn)化替代的重要領(lǐng)域。同時(shí)，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料已展現(xiàn)出極其重要的戰(zhàn)略性應(yīng)用價(jià)值，其中碳化硅單晶制備占據(jù)價(jià)值鏈核心位置。
4月25日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“第三屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會(huì)暨第三代半導(dǎo)體SiC晶體生長(zhǎng)技術(shù)交流會(huì)”在江蘇蘇州隆重開(kāi)幕，會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到眾多專家學(xué)者做客“對(duì)話”欄目，圍繞先進(jìn)陶瓷在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用研究及碳化硅單晶生長(zhǎng)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行了訪談交流。今天我們邀請(qǐng)到的是來(lái)自清華大學(xué)的潘偉教授。
粉體網(wǎng)：潘教授您好，請(qǐng)問(wèn)您認(rèn)為先進(jìn)陶瓷在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用，是否屬于新質(zhì)生產(chǎn)力的體現(xiàn)？為什么？
潘教授：是新質(zhì)生產(chǎn)力的體現(xiàn)。隨著近年來(lái)半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體制造對(duì)設(shè)備要求越來(lái)越高，半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模也越來(lái)越大，而且目前我們要求實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體設(shè)備的自主可控。在半導(dǎo)體設(shè)備中，需要使用大量的陶瓷零部件，這些部件是不可或缺的，特別是先進(jìn)芯片制造設(shè)備中離不開(kāi)陶瓷零部件，所以它對(duì)我們發(fā)展新的生產(chǎn)力是非常重要的。
粉體網(wǎng)：相比在其它行業(yè)中的應(yīng)用，半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料的開(kāi)發(fā)過(guò)程顯得更為漫長(zhǎng)，且投入更加巨大，背后的原因是什么？
潘教授：首先它對(duì)原料的品質(zhì)要求非常高，例如對(duì)純度、結(jié)晶度、粒度分布，以及零部件制造時(shí)的可成型性，可加工性等方面都有嚴(yán)格的要求。特別是在半導(dǎo)體制造的不同工藝中，對(duì)陶瓷材料的機(jī)械性能、電學(xué)性能、抗化學(xué)腐蝕性能、精度都有很苛刻的要求，這對(duì)于原材料的陶瓷粉體的性能是個(gè)考驗(yàn)。另外后面的陶瓷零部件的成型、燒結(jié)以及精密加工等環(huán)節(jié)都是非常重要的，因?yàn)樵谛酒a(chǎn)中，一般要求很高的清潔度，優(yōu)異的機(jī)械和熱性能、很苛刻的耐腐蝕特性等，目前對(duì)我們來(lái)說(shuō)仍有很多技術(shù)需要研究和攻克。就像剛才我介紹的靜電卡盤，它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且非常精細(xì)，所以它的整個(gè)研發(fā)過(guò)程面臨著很大的挑戰(zhàn)。
粉體網(wǎng)：潘教授，靜電卡盤的工作原理是什么，它在半導(dǎo)體行業(yè)中承擔(dān)著怎樣的重要角色？
潘教授：靜電卡盤實(shí)際上是一個(gè)固定晶圓片的很重要的工具。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是在靜電卡盤里面的電極層和被加工的晶圓片之間施加一個(gè)靜電場(chǎng)進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)靜電力使得晶圓片能夠穩(wěn)定的牢牢的固定在靜電卡盤上。
目前靜電卡盤大致分兩個(gè)類型，一種是庫(kù)侖型，它相當(dāng)于在晶圓片和電極之間有一個(gè)電介質(zhì)陶瓷，形成一個(gè)類似電容器。在等離子刻蝕環(huán)境下用這種庫(kù)侖型的相對(duì)比較多。
另外就是J-R型，J-R型使用的陶瓷材料電阻率和庫(kù)侖型相比要略低一些。所以電荷在電場(chǎng)作用下，可以移動(dòng)到卡盤的表面，與在晶圓片上被感應(yīng)出來(lái)的相反電荷之間的距離更近，產(chǎn)生的靜電力會(huì)更大，對(duì)晶圓片的加持力會(huì)更大一些，它在CVD、PVD等工藝中被大量應(yīng)用。
這兩種靜電卡盤原理略有不同，我們稱之為庫(kù)侖型和J-R型，它們?cè)谥圃爝^(guò)程中，整個(gè)卡盤的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝都有很大的區(qū)別。
粉體網(wǎng)：潘教授，與其他材料相比，陶瓷材料制造的靜電卡盤具有哪些優(yōu)勢(shì)？
潘教授：首先陶瓷材料一般具有優(yōu)異的機(jī)械與熱性能，電學(xué)性能和耐腐蝕性能。在靜電卡盤中不可或缺的。有些靜電卡盤從基座到整個(gè)工作層都是陶瓷材料，中間的電極和加熱材料是金屬的，它是通過(guò)一個(gè)多層技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。有些靜電卡盤的基座是金屬材料的。還有一類是在鋁合金基體上面噴一層陶瓷絕緣層。從工作原理上來(lái)說(shuō)，無(wú)論哪種靜電卡盤都是離不開(kāi)陶瓷材料的。
粉體網(wǎng)：潘教授，制造靜電卡盤的技術(shù)難點(diǎn)有哪些？
潘教授：它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，特別是這個(gè)多層結(jié)構(gòu)對(duì)成型和燒結(jié)是個(gè)挑戰(zhàn)。首先它內(nèi)部有電極層，甚至有一些靜電卡盤需要有加熱功能，這個(gè)內(nèi)部加熱電極層的設(shè)計(jì)也是非常重要的；它還要求靜電卡盤對(duì)晶圓片的加持力非常均勻，同時(shí)它的溫場(chǎng)也要非常均勻，從設(shè)計(jì)到制造都帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。
制造上的挑戰(zhàn)也非常大。它要求結(jié)構(gòu)非常精密，雖然靜電卡盤的厚度不是很高，但是內(nèi)部有很多的功能層，層厚等很多方面都很精細(xì)，燒結(jié)過(guò)程的多層金屬、陶瓷共燒技術(shù)，高精度加工技術(shù)要求非常高。而且靜電卡盤的表面還要進(jìn)行凸點(diǎn)設(shè)計(jì)和制造，這里也有很高的技術(shù)難度。
粉體網(wǎng)：目前靜電卡盤行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局如何？國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀如何？
潘教授：目前在國(guó)外，主要集中在日本、美國(guó)，歐洲也有一部分公司在制造各種靜電卡盤。他們的技術(shù)相對(duì)比較成熟一些，同時(shí)他們現(xiàn)在也在不斷的研發(fā)一些性能更好的靜電卡盤。從目前的市場(chǎng)和研發(fā)來(lái)說(shuō)，國(guó)外靜電卡盤競(jìng)爭(zhēng)格局大致是比較穩(wěn)定的。而對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，我們這幾年剛剛起步，我們是加入到這個(gè)賽道里面的新成員。所以對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，無(wú)論從研發(fā)，還是生產(chǎn)加工制備過(guò)程中，都面臨著非常大的挑戰(zhàn)。特別是我們要擠到這個(gè)市場(chǎng)里面去，使得我們的產(chǎn)品性能接近甚至取代國(guó)外同類產(chǎn)品的話，目前難度還是非常大的。
粉體網(wǎng)：好的，感謝您接受我們的采訪，謝謝。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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