长期以来，国内半导体零部件市场一直被以日、美等国家垄断，不仅价格高昂，服务周期长，还可能导致技术泄密，威胁到国家战略安全。为此，国家调整了相关政策，在国产化发展的趋势下，半导体设备精密陶瓷部件作为半导体制程中的关键部件，国内需求也将大幅增长。下面小编就盘点一些在半导体制程中常见的精密陶瓷部件。

表 半导体设备用常用先进陶瓷材料

半导体制造八个主要步骤

光刻

光刻的基本原理是利用光刻胶感光后因光化学反应而形成耐蚀性的特点，将掩模板上的图形刻制到被加工表面上。其过程涉及高效率、高精度、高稳定性的运动控制技术和驱动技术，对结构件的精度和结构材料的性能提出了极高的要求。

碳化硅陶瓷具有高的弹性模量和比刚度，不易变形，并且具有较高的导热系数和低的热膨胀系数，热稳定性高，是一种优良的结构材料。但由于碳化硅具有极高的硬度和显著的脆性，精密加工难度大；此外，碳化硅熔点高，难以实现致密、近净尺寸烧结。对于大尺寸、复杂异形中空结构的精密碳化硅结构件的制备难度较高，目前只有日本、美国等少数几个发达国家的少数企业（如日本京瓷、美国CoorsTek等）成功地将碳化硅陶瓷材料应用于如光刻机用碳化硅工件台、导轨、反射镜、陶瓷吸盘、手臂等集成电路制造关键装备中。

光刻机工作台

刻蚀

刻蚀是半导体制造工艺中的一个重要步骤，在半导体刻蚀设备中，等离子刻蚀机工艺腔和腔体内部件在刻蚀过程中会受到高密度、高能量的等离子体轰击而造成严重腐蚀，一方面会缩短部件的使用寿命，降低设备的使用性能，另一方面腐蚀过程中产生的反应物会挥发脱落，在腔体内产生杂质颗粒，影响腔体洁净度。

先进陶瓷材料具有较好的耐腐蚀性能，已被广泛应用于晶圆加工设备的耐等离子体刻蚀材料，通常采用高纯氧化铝涂层或氧化铝陶瓷作为刻蚀腔体和腔体内部件的防护材料。除此之外，等离子体刻蚀设备上采用的精密陶瓷部件还有窗视镜，气体分散盘，喷嘴，绝缘环，盖板，聚焦环和静电吸盘等

等离子体刻蚀设备的结构示意图

沉积

在刻蚀之后的一个环节，也是所谓的芯片制造中核心工艺之一“薄膜沉积”，薄膜常用于产生导电层或绝缘层、产生减反射膜提高吸光率、临时阻挡刻蚀等作用，不同功能的需求对应不同材料的薄膜，不同材料的薄膜需要采用不同的工艺和设备，按照原理不同可以分为物理工艺（PVD）和化学工艺（CVD）。

薄膜沉积类似于刻蚀的逆过程，由于同样应用等离子技术等容易对腔体及部件造成腐蚀的技术，沉积设备中的室盖、腔内衬、沉积环、静电夹盘、加热器、电镀绝缘子、真空破坏过滤器等部件均采用了先进陶瓷作为材料。目前应用材料、泛林和东京电子三大厂家在薄膜沉积设备领域都具备垄断地位。但由于北方华创和拓荆科技等部分国内企业在不断推进沉积设备，薄膜沉积是我国企业有望下一个取得重要突破的核心设备。

有机化学气相沉积（MOCVD）反应腔

化学机械抛光CMP

CMP是半导体制程中的关键技术，伴随制程节点的不断突破，CMP已成为 0.35μm及以下制程不可或缺的平坦化工艺，关乎着后续工艺良率。CMP采用的是机械摩擦与化学腐蚀相结合的工艺，由于CMP设备的作业原理，设备的抛光台、抛光板、搬运臂、真空吸盘等关键耗材也会因为长期摩擦和腐蚀而导致损耗。

氧化铝陶瓷和碳化硅陶瓷都具备致密质、高硬度、高耐磨性的物理性质，以及良好的耐热性能、优良的机械强度，高温环境仍具有良好的绝缘性、良好的抗腐蚀性等物理性能，是用于制作CMP设备关键耗材的绝佳材料。

CMP工作原理示意图

离子注入

由于纯净硅材料导电性能较差，晶圆制造需要在有源区、衬底和栅极等部位引入掺杂工艺从而增大电导率。离子注入是半导体领域主流的掺杂工艺，它将离子源产生的离子经设备的加速器加速后高速撞击晶圆表面，使离子挤进晶圆表材，其技术壁垒仅次于光刻、刻蚀、薄膜沉积。在这一工艺中，轴承、真空吸盘、静电夹盘等都是常见的陶瓷精密部件。

离子注入用空气轴承

引线键合

在半导体封装环节中，“引线键合”是用来实现芯片和基板的电路连接的主要方式。在这个工序中，陶瓷劈刀是引线键合过程中的必不可少的工具。由于一台键合机在满荷载的工作状态下每天需要键合几百万个焊点，陶瓷劈刀作为键合机中的焊接针头，一台键合机平均每天就要消耗0.7只陶瓷劈刀。

目前，陶瓷劈刀的主要制造材料为氧化铝，部分厂家在氧化铝的基础上添加了氧化锆，其微观结构更加均匀而致密，密度提高到4.3g/cm³，可以减少焊线过程中陶瓷劈刀尖端的磨损和更换的次数。

总结

一台半导体设备看似是用金属、塑料等材质打造的，但其实里面隐藏着非常多极具技术含量的精密陶瓷部件，除了整理的这些以外，用于氧化、扩散、退火的晶圆热处理设备也采用了精密陶瓷部件。总之，精密陶瓷在半导体设备中的应用远比我们想象的要多。

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