中國(guó)粉體網(wǎng)訊 半導(dǎo)體制造過(guò)程中,，經(jīng)常需要固定和支撐硅片,，為避免處理過(guò)程中出現(xiàn)移動(dòng)和錯(cuò)位現(xiàn)象,，在加工過(guò)程中,，硅片必須被平穩(wěn)放置在工藝設(shè)備中,，傳統(tǒng)的夾持技術(shù)已滿足不了現(xiàn)有的工藝要求,。隨著靜電吸附技術(shù)日趨成熟，一種基于靜電吸盤式硅片夾持技術(shù)走進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)備制造領(lǐng)域,。
硅片夾持方式
機(jī)械夾持
在早期的硅片加工中,，習(xí)慣采用機(jī)械活動(dòng)的夾鉗來(lái)夾硅片，但夾鉗會(huì)對(duì)硅片邊緣造成損傷,，還容易造成硅片翹曲,，對(duì)其加工精度產(chǎn)生很大的影響,，因此現(xiàn)在很少使用機(jī)械夾持。
石蠟粘結(jié)方法
此方法通常是將硅片固定在夾具的特定位置,，再通過(guò)加熱熔化粘結(jié)劑滲入到硅片與夾具之間,，從而進(jìn)行固定。為確保粘結(jié)劑的可靠性及硅片的固定精度,，需要在之前對(duì)粘結(jié)劑進(jìn)行熔化過(guò)濾以清除雜質(zhì),。在整個(gè)夾持過(guò)程需要對(duì)石蠟進(jìn)行加熱,、粘結(jié),、剝離及清潔,，效率很低，同時(shí)粘結(jié)劑會(huì)對(duì)硅片的清潔度造成較大的影響,，并且很難保證石蠟粘結(jié)層的均勻性且無(wú)氣泡,。
真空吸盤
真空吸盤最早是用來(lái)在平面磨床中夾持非金屬工具的，其工作結(jié)構(gòu)主要分為兩個(gè)部分,，即中間部分是多孔陶瓷,，邊緣部分是密封環(huán),。工作時(shí)利用多孔陶瓷上的小孔將硅片與陶瓷表面之間的空氣抽出,，使硅片與陶瓷表面實(shí)現(xiàn)低壓，硅片由于空氣壓力被吸附在吸盤表面,，從而固定硅片,。加工結(jié)束后，內(nèi)部的等離子水會(huì)從陶瓷孔內(nèi)流出,，等離子水可防止硅片粘附在陶瓷表面,，同時(shí)還可以對(duì)硅片及陶瓷表面進(jìn)行清洗。
雖然真空吸盤在精密磨削加工中應(yīng)用廣泛,，但其有兩個(gè)缺點(diǎn),，其一是當(dāng)硅片被真空吸盤吸附在吸盤表面時(shí)，硅片會(huì)因?yàn)榭諝鈮毫?dǎo)致變形,，加工后硅片會(huì)發(fā)生反彈,，導(dǎo)致切割好的表面呈波紋狀，表面平整度下降,，影響加工精度,；其二是無(wú)法滿足特殊的加工環(huán)境，比如硅片在化學(xué)氣相沉積時(shí)需要在真空環(huán)境下進(jìn)行,，而真空吸盤在真空環(huán)境下無(wú)法工作,。
靜電吸盤
靜電吸盤是通過(guò)吸附作用來(lái)固定硅片的，其優(yōu)點(diǎn)在于吸附作用均勻分布于硅片表面,，硅片不會(huì)發(fā)生翹曲變形,；吸附作用力持續(xù)穩(wěn)定,，可以保證硅片的加工精度。此外,，靜電吸盤對(duì)硅片污染小,，對(duì)硅片無(wú)傷，最重要的一點(diǎn)是它可以在真空環(huán)境下工作,。目前,，靜電吸盤廣泛應(yīng)用于集成電路制造工藝中，特別是刻蝕,、PVD,、CVD等核心工藝中。
靜電吸盤的主體材料
靜電吸盤按照主體材料材質(zhì)劃分,，可分為氧化鋁和氮化鋁（一般應(yīng)用于靜電吸盤加熱器）兩大類,；按照靜電吸盤力學(xué)模型來(lái)劃分，可分為庫(kù)倫（電介質(zhì)）和迥斯熱背（J-R）兩大類,。其中電介質(zhì)類靜電吸盤的材料可以由純氧化鋁,、氮化鋁、氧化硅等,；迥斯熱背類靜電吸盤的材料可以由氧化鋁,、氮化鋁、氧化硅等材料摻雜適量的金屬粉末混凝燒結(jié)而成,。
目前普遍的靜電吸盤技術(shù)主要是以氧化鋁陶瓷或氮化鋁陶瓷作為主體材料,。陶瓷材料具有良好的導(dǎo)熱性，耐磨性及高硬度且對(duì)比金屬材料在電絕緣方面有著先天的優(yōu)勢(shì),。
氧化鋁靜電吸盤
氧化鋁是目前最常見的靜電吸盤主體材料,，它在電絕緣方面相比于金屬材料有著先天優(yōu)勢(shì)；與PU材質(zhì)相比,，氧化鋁陶瓷則耐磨耗不掉屑,。采用高純氧化鋁做靜電吸盤可以減少金屬污染物，在鹵素氣體等離子環(huán)境下有著優(yōu)異的耐久性,。
氧化鋁靜電吸盤,，來(lái)源：NTK
因應(yīng)用尺寸較大，使用的氧化鋁粉應(yīng)有各方向收縮穩(wěn)定的材料配方并與金屬接著力好,，以及易加工性,。此外，氧化鋁靜電吸盤使用特有的等離子納米噴涂制備工藝,，可形成致密的絕緣層,，相比于利用共燒技術(shù)生成的靜電吸盤，具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)；與一般的薄膜類型相比,，其耐用性能更甚一籌,。
氮化鋁靜電吸盤
對(duì)于普通的硅晶圓加工，高純氧化鋁或藍(lán)寶石可以滿足要求,，但若用在碳化硅晶圓加工,，導(dǎo)熱性就有所不足了，必須要用氮化鋁才能達(dá)到要求,，近年來(lái)應(yīng)用也逐漸擴(kuò)大,。
氮化鋁靜電吸盤，來(lái)源：NTK
在半導(dǎo)體加工中,，對(duì)硅片的散熱工作相當(dāng)重要,，如果無(wú)法保證硅片表面的均溫，則在硅片的加工過(guò)程中將無(wú)法確保加工的均勻性,，加工精度也會(huì)受到影響,。使用氮化鋁做主材料可以通過(guò)控制其體積電阻率，獲得大范圍的溫度域和充分的吸附力,，靜電吸盤可通過(guò)自由度高的加熱器設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)良好的溫度均勻性,；氮化鋁通過(guò)一體共燒成型，不會(huì)出現(xiàn)因電極的劣化造成歷時(shí)變化,，最大限度的保障產(chǎn)品質(zhì)量,；在等離子鹵素真空氣氛環(huán)境下能持久運(yùn)行，以承受半導(dǎo)體及微電子最苛刻的制程環(huán)境,，還可提供穩(wěn)定的吸附力和溫度控制,。
據(jù)聞，國(guó)外已成為氮化鋁陶瓷在半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)用的主要市場(chǎng),，目前芯片大廠所用的半導(dǎo)體加工設(shè)備上的氮化鋁靜電吸盤，大部分來(lái)自于NTK,。
靜電吸盤市場(chǎng)規(guī)模及競(jìng)爭(zhēng)格局
根據(jù)QYResearch的數(shù)據(jù),，2021年全球靜電吸盤市場(chǎng)銷售額為17.14億美元，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到24.12億美元,，2022-2028年復(fù)合增長(zhǎng)率為5.06%,。從銷量上看，2021年全球靜電吸盤銷量為5.54萬(wàn)件,，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到7.99萬(wàn)件,。
來(lái)源：QYResearch，中原證券
2021年,，中國(guó)靜電吸盤市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到21.12億元,，Global Info Research預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到34.81億元，2022-2028年復(fù)合增長(zhǎng)率為7.29%。
來(lái)源：Global Info Research,，民生證券研究院
全球靜電吸盤市場(chǎng)高度壟斷,，由日本和美國(guó)企業(yè)主導(dǎo)，集中度較高,，全球前五大制造商市占率超過(guò)80%,。主要廠商包括美國(guó)Applied Materials、美國(guó)Lam Research,、日本SHINKO,、日本TOTO、日本NTK等公司,，其中Applied Materials和Lam為自己的半導(dǎo)體設(shè)備配套生產(chǎn)靜電吸盤,，它們將生產(chǎn)的刻蝕、PVD,、CVD等設(shè)備配套靜電吸盤一起銷售給晶圓廠,，由于靜電吸盤屬于消耗品，使用壽命一般不超過(guò)兩年,，因此靜電吸盤具有較大的替換市場(chǎng),。
來(lái)源：Global Info Research，民生證券研究院
中國(guó)在半導(dǎo)體靜電吸盤領(lǐng)域已經(jīng)有了一定的技術(shù)突破,，中國(guó)大陸企業(yè)北京華卓精科科技有限公司,、廣東海拓創(chuàng)新精密設(shè)備科技有限公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，浙江新納陶瓷新材有限公司自主研發(fā)的半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備用大尺寸氧化鋁陶瓷靜電吸盤被浙江經(jīng)濟(jì)和信息化廳認(rèn)定為浙江省首臺(tái)（套）產(chǎn)品,。另外,，新納科技還募資3.41億元用于公司氧化鋁陶瓷基板的生產(chǎn)和靜電吸盤的制造；中國(guó)臺(tái)灣公司CALITECH在靜電吸盤也有一定的突破,。
參考來(lái)源：
牛晨旭：J-R型氮化鋁陶瓷靜電吸盤的設(shè)計(jì)與制造
半導(dǎo)體設(shè)備零部件行業(yè)研究：賽道坡長(zhǎng)壘高,，國(guó)產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí).中原證券
常天賜：半導(dǎo)體零部件（3）-靜電吸盤.行業(yè)研究筆記
NGK/NTK官網(wǎng)產(chǎn)品資料、海拓創(chuàng)新官網(wǎng)產(chǎn)品資料,、中國(guó)粉體網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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