在IC 產(chǎn)業(yè)中，集成電路制造裝備具有極其重要的戰(zhàn)略地位，集成電路制造關鍵技術及裝備主要有包括光刻技術及光刻裝備、薄膜生長技術及裝備、化學機械拋光技術及裝備、高密度后封裝技術及裝備等，均涉及高效率、高精度、高穩(wěn)定性的運動控制技術和驅(qū)動技術，對結構件的精度和結構材料的性能提出了極高的要求。

1、半導體裝備用精密陶瓷結構件的特點要求

集成電路制造關鍵裝備要求零部件材料具有高純度、高致密度、高強度、高彈性模量、高導熱系數(shù)和低熱膨脹系數(shù)等特點，且且結構件要具有極高的尺寸精度和結構復雜性，以保證設備實現(xiàn)超精密運動和控制。

以光刻機中工件臺為例，工件臺的主要功能是承載硅片和掩膜并完成曝光過程，其性能直接影響產(chǎn)率和分辨率。要求工作臺能夠?qū)崿F(xiàn)高速平穩(wěn)的大行程和六自由度的納米級超精密運動，如對于100 nm 分辨率、套刻精度為33 nm 和線寬為10 nm 的光刻機，其工件臺定位精度要求達到10 nm，掩模-硅片同時步進和掃描速度分別達到150 nm/s 和120 nm/s，掩模掃描速度接近500 nm/s，并且要求工件臺具有非常高的運動精度和平穩(wěn)性。

因此，工件臺用精密結構件需滿足以下要求：

(1)?高度輕量化：為降低運動慣量，減輕電機負載，提高運動效率、定位精度和穩(wěn)定性，結構件普遍采用輕量化結構設計，其輕量化率為60%?~ 80%，最高可達到90%；

(2)?高形位精度：為實現(xiàn)高精度運動和定位，要求結構件具有極高的形位精度，平面度、平行度、垂直度要求小于1 μm，形位精度要求小于5 μm；

(3)?高尺寸穩(wěn)定性：為實現(xiàn)高精度運動和定位，要求結構件具有極高的尺寸穩(wěn)定性，不易產(chǎn)生應變，且導熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)低，不易產(chǎn)生大的尺寸變形；

(4)?清潔無污染：要求結構件具有極低的摩擦系數(shù)，運動過程中動能損失小，且無磨削顆粒的污染。

2、碳化硅陶瓷在光刻機上的應用

碳化硅是一種性能優(yōu)異的結構陶瓷材料，具有高強度、高硬度、高彈性模量、高比剛度、高導熱系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)和優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，被廣泛應用于石油化工、機械制造、核工業(yè)、微電子工業(yè)等領域。碳化硅具有極高的彈性模量、導熱系數(shù)和適中的熱膨脹系數(shù)，具有極佳的可拋光性，可加工成優(yōu)質(zhì)的鏡面，且不易產(chǎn)生變形和熱應變。通過特殊的減重結構設計，可以實現(xiàn)結構件的高度輕量化，在集成電路制造裝備領域應用廣泛。

碳化硅陶瓷具有優(yōu)良的常溫力學性能?、優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性以及良好的比剛度和光學加工性能，特別適合用于制備光刻機等集成電路裝備用精密陶瓷結構件，如光刻機用SiC陶瓷工件臺、導軌、反射鏡、陶瓷吸盤、手臂、水冷盤、吸盤等。

3、半導體裝備用碳化硅結構件的技術難點

集成電路核心裝備用精密陶瓷結構件多具有“大、厚、空、薄、輕、精”的特點，但是，由于碳化硅是Si-C 鍵很強的共價鍵化合物，具有極高的硬度和顯著的脆性，精密加工難度大；此外，碳化硅熔點高，難以實現(xiàn)致密、近凈尺寸燒結。在制備碳化硅結構件時，存在諸多技術難點與挑戰(zhàn)：

（1）如何實現(xiàn)中空閉孔結構，以達到高度輕量化的目標，對于具有中空閉孔結構的金屬結構件，通常采用釬焊和擴散焊工藝；但對于具有復雜和不成熟，易形成明顯的連接界面，造成連接層與基體的組成和性能差異較大等問題。

（2）如何實現(xiàn)碳化硅結構件的高形位精度，以實現(xiàn)高精度運動和定位的目標。碳化硅的硬度僅次于金剛石，導致碳化硅結構件的加工效率低、加工成本高，因此碳化硅結構件高形位精度的實現(xiàn)也是一個技術難點，尤其是在制備具有大尺寸、超薄、復雜結構特征的樣品和具有中空閉孔結構的樣品時，該問題尤為突出。

（3）如何減少或避免碳化硅制品在成型、干燥、燒結及后續(xù)精密加工過程中的殘余應力，提高制品質(zhì)量和成品率。碳化硅坯體在干燥和燒結過程中，因為水分的排除和有機物的燒失，容易產(chǎn)生不均勻的收縮，造成坯體出現(xiàn)出現(xiàn)開裂和變形等缺陷，并在坯體內(nèi)部引入殘余應力，且在燒結后的精密加工過程中，有可能引發(fā)制品內(nèi)部的裂紋擴展，導致裂紋等缺陷，降低制品的成品率。

大尺寸、復雜異形中空結構的精密碳化硅結構件的制備難度較高，目前集成電路制造裝備用碳化硅陶瓷市場主要由國外企業(yè)占據(jù)，日本Kyocera、美國CoorsTek等，國內(nèi)有中國建材總院、寧波伏爾肯等。我國在集成電路裝備用精密碳化硅結構件的制備技術和應用推廣研究起步較晚，與國際領先企業(yè)仍有差距。

審核編輯：黃飛

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