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啃下高端光刻机第一块硬骨头:碳化硅超精密运动平台实现国产化
2020年07月17日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:406
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“中国人非常聪明,华为海思可以自研设计世界上最强的5nm制程芯片,但就是国内配套缺口太大”,中国建筑材料科学研究总院陶瓷科学研究院刘海林教授这样总结当前中国芯片产业的痛点,“我们目前在碳化硅超精密运动平台开发上取得了一些进展,相信对尽早实现光刻机国产化有所帮助”。

EUV光刻机 

“配套”缺口关键的就是EUV光刻机,表面上荷兰ASML一家独大,实际其关键技术乃至股权结构与美国深深勾连,想避开长臂管辖只有自力更生一条路。有评价认为光刻机比原子弹、氢弹更难造:一个光刻机十几万个零件,每一个零件都要做到最顶尖的水平,这样才能做出来世界最先进水平。另一个角度:有能力制造高端光刻机的国家要掌握加工氢弹的能力是不会有技术上的困难的,反之则无法成立。

碳化硅超精密运动平台 

具体到本文的碳化硅超精密移动平台,它是光刻机的核心组件之一,其主要功能是承载晶圆按照指定的运动轨迹做高速超精密运动并完成一系列曝光所需动作,包括上下片、对准、晶圆面型测量和曝光等,要求在高速运动的情况下需要达到2nm的运动精度。

为什么是碳化硅?

总结光刻机对工件台结构件的需求:超高轻量化(降低运动惯性、减轻电机负载)、超高稳定性(超精密加工要求高精度运动和定位,要求热膨胀等因素尺寸变形极小)、清洁度(高硬度及高耐磨)……

晶圆陶瓷吸盘 

晶圆陶瓷吸盘

以真空吸盘组件为例,刘教授介绍,最早2吋和4吋晶圆时代采用的材质是航空铝,但它在大尺寸晶圆(8吋及8吋以上)时代遭遇了超高平面度(优于1微米)瓶颈,无法满足超高平整度的硬指标而被淘汰出局;接下来以氧化铝材料为过渡,它的弹性模量、轻量化、热导率以及膨胀系数与碳化硅相形见绌,不上不下有些尴尬;在大尺寸、复杂异形中空结构碳化硅陶瓷制备技术突破后,包括超精密工件台基座、超精密气浮导轨、晶圆传输手臂等组件纷纷升级换代。

超精密运动台,气浮导轨,气浮平台

超精密运动台,气浮导轨,气浮平台

不仅上述满足平面度、平行度、垂直度等超高精度硬指标碳化硅陶瓷部件已经完成国产化,刘教授还透露,碳化硅粉体原材料供应也由国内供应,从前端到后端彻底打通。但国内碳化硅粉体加工仍有欠缺,包括纯度、粒度、形貌等方面的粉体分级技术和控制,稳定性的保障,应用端在使用前仍需要进行深加工处理,这仍有很大提升空间。

 

对于半导体产业前段晶圆扩散掺杂、刻蚀等制程所需的高纯度碳化硅陶瓷部件而言,中国建材总院也具有良好的技术储备,特别在高纯CVDSiC材料制备技术方面已经拥有了成熟的工艺技术,实现了高纯碳化硅陶瓷晶舟,碳化硅陶瓷承载盘等部件的制造。相信未来在我国半导体产业领域会进一步拓展碳化硅材料的应用,为我国半导体产业链安全和碳化硅陶瓷产业升级做出应有的贡献。

我国精密碳化硅陶瓷部件的自主研究和国产化应用推广才刚刚起步,随着国家“02”专项及“中国制造2025”相关政策的引导,我国半导体工业的蓬勃发展,市场对该类高端陶瓷结构件的需求会越来越大,碳化硅以其优异的物理化学性能,在半导体产业领域具有广阔的应用前景。

粉体圈 郜白

 

 

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