中國粉體網(wǎng)訊  靜電卡盤又稱為靜電吸盤（ESC）,，在半導(dǎo)體設(shè)備中價值比較高的部件之一,，是一種半導(dǎo)體工藝中的硅片夾持工具,，利用靜電吸附原理來固定硅片,。

靜電卡盤結(jié)構(gòu)示意圖

來源：Shinko官網(wǎng)，光大證券研究所

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。

靜電吸盤按照主體材質(zhì)劃分,，可分為氧化鋁陶瓷和氮化鋁陶瓷（一般應(yīng)用于靜電吸盤,、加熱器）兩大類,。陶瓷材料具有良好的導(dǎo)熱性,，耐磨性及高硬度,，且對比金屬材料在電絕緣性方面有著先天的優(yōu)勢。氧化鋁材料熱導(dǎo)率及相關(guān)機(jī)械性能均不及氮化鋁陶瓷,，在半導(dǎo)體加工中,，對硅片的溫度控制相當(dāng)重要,，如果無法保證硅片表面的均溫,，則在對硅片的加工過程中將無法確保加工的均勻性,，加工精度將受到極大的影響,，因此行業(yè)內(nèi)目前均以氮化鋁陶瓷作為靜電吸盤的最優(yōu)制造材料,。

作為離子注入、刻蝕等關(guān)鍵制程核心零部件之一,，為滿足在高真空等離子體或特氣環(huán)境中起到對晶圓的夾持和溫度控制等作用的需要,，需加入其他導(dǎo)電物質(zhì)使得 ESC總體電阻率滿足功能性要求，還需在較低的燒結(jié)溫度下實現(xiàn)納米級陶瓷粉體快速致密化,，靜電吸盤表面處理后還要達(dá)到0.01微米左右的涂層,，才能制備出致密性高、晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,、體電阻率分布均勻且符合靜電卡盤使用特性的專用陶瓷材料,。因此，ESC的制造需要對材料的導(dǎo)熱性,，耐磨性及硬度指標(biāo)非常了解,，對精密機(jī)加工和表面處理技術(shù)要求也很高。

從技術(shù)角度看,，除所承載晶圓規(guī)格尺寸逐步增大之外，靜電卡盤的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為溫度均勻性控制需求提升,，即分區(qū)溫控溫區(qū)數(shù)量逐漸提高。2000年前后,，分區(qū)溫控溫區(qū)數(shù)量一般為2區(qū)，2000年至2005年期間,，分區(qū)溫控溫區(qū)數(shù)量一般為4區(qū),，而在現(xiàn)階段,，已有超過100溫區(qū)的靜電卡盤產(chǎn)品被研發(fā)生產(chǎn)并投入實際應(yīng)用。

靜電吸盤（ESC）行業(yè)的發(fā)展與半導(dǎo)體設(shè)備配套需求密切相關(guān),。近年來,，隨著國家加大半導(dǎo)體領(lǐng)域的投入，我國半導(dǎo)體設(shè)備采購額逐年增加,，推動了包括靜電吸盤（ESC）在內(nèi)的核心部件的采購量增長,。此外，隨著中國大陸晶圓產(chǎn)能的建設(shè)和擴(kuò)產(chǎn),，中國成為全球晶圓產(chǎn)能增長的重心,，帶動國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備的需求增長，為國產(chǎn)靜電吸盤（ESC）的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。

而從市場競爭格局來看,，全球靜電吸盤呈高度壟斷格局,，主要被日本企業(yè)主導(dǎo)，即使是全球設(shè)備龍頭如應(yīng)材,、Lam,、TEL等企業(yè)，同樣需要從日本企業(yè)采購大量靜電吸盤滿足全新設(shè)備及備件需求,。全球半導(dǎo)體晶圓靜電吸盤的主要供應(yīng)商包括SHINKO（新光電氣）,、TOTO,、NGK,、京瓷等,。

據(jù)QY Research數(shù)據(jù),，2017-2021年全球靜電卡盤市場銷售額從15.5億美元增長至17.1億美元CAGR2.5%。QYResearch預(yù)計2022-2028年全球靜電卡盤市場銷售額將由17.9億美元增長至24.1億美元,，CAGR為5.1%,。

靜電卡盤屬于半導(dǎo)體設(shè)備中耗材,，目前靜電吸盤僅能通過向設(shè)備原廠或日本SHINKO,、TOTO,、NGK,、京瓷等企業(yè)采購,，疊加美國對中國部分企業(yè)的管理限制,，難說可能國內(nèi)各Fab隨時會被列入“實體清單”,，以及近期日本對華新增的尖端半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備出口管制政令,，靜電吸盤的國產(chǎn)化已經(jīng)迫在眉睫,。

我國靜電卡盤行業(yè)發(fā)展時間較短，尚處于起步階段,，但也有不少企業(yè)實現(xiàn)階段性成果，如華卓精科,、海拓創(chuàng)新,、君原電子,、珂瑪材料等。但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,，距離國外先進(jìn)水平還有一定的差距,。而靜電吸盤的研發(fā)及生產(chǎn)除了如結(jié)構(gòu)設(shè)計,、加工精度,、顆粒物控制等幾點外，還需要注意以下幾個難點：

粉體開發(fā)

目前行業(yè)內(nèi)均以氮化鋁陶瓷作為靜電卡盤的最優(yōu)制造材料,，氮化鋁原材料需要從粉體燒制成圓盤樣式,，再進(jìn)行后加工。但粉體便成了難倒各路研發(fā)企業(yè)的第一道難關(guān),，高純度的氮化鋁粉體的制備仍然有較多困難,。

燒結(jié)工藝

據(jù)了解，日本NGK在燒結(jié)過程中,，可以將粉體燒結(jié)過程中的收縮率控制在10%左右,，而國內(nèi)絕大部分廠家燒結(jié)的收縮率大于等于20%，遠(yuǎn)高于國際一流水平,。

加工工藝

由于靜電吸盤一般是一次燒結(jié)成型的,，后續(xù)可以進(jìn)行表面處理等加工，但主體結(jié)構(gòu)無法再調(diào)整,。因此對于需要加熱和控溫的靜電吸盤,，怎樣在燒結(jié)過程中將電極和吸盤主體燒制在一起，以及燒制過程中不會產(chǎn)生其他雜質(zhì)和殘留,，同時保證表面的平整度,。

靜電卡盤是一個需要投入大量人力物力去研發(fā)和攻克的半導(dǎo)體核心零部件，非一日之功,。2024年4月25日,，中國粉體網(wǎng)將在江蘇蘇州舉辦“第三屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會暨第三代半導(dǎo)體SiC晶體生長技術(shù)交流會”,，屆時，清華大學(xué)潘偉教授將帶來題為《靜電卡盤—半導(dǎo)體設(shè)備關(guān)鍵陶瓷零部件原理,、結(jié)構(gòu)與性能》的報告,，講述半導(dǎo)體設(shè)備關(guān)鍵陶瓷零部件靜電卡盤的發(fā)展之路。

來源：

半導(dǎo)體設(shè)備資訊站：ESC-Electrostatic Chuck 靜電吸盤

安信證券：半導(dǎo)體行業(yè)研究：設(shè)備國產(chǎn)化關(guān)鍵環(huán)節(jié),，半導(dǎo)體零部件藍(lán)海啟航

山云資本：半導(dǎo)體核心零部件必攻克的一關(guān)：靜電吸盤丨半導(dǎo)體小組

粉體網(wǎng)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

注：圖片非商業(yè)用途,，存在侵權(quán)告知刪除