用于光刻的碳化硅陶瓷结构件的工业图案

用于光刻的碳化硅陶瓷结构件的工业图案

碳化硅作为集成电路关键设备（例如光刻机）精密结构件的材料具有显著优势。然而，传统的陶瓷制备工艺（例如灌浆和干压）难以实现光刻机工作台等复杂部件的制备。为此，中国建筑材料科学研究院开发了一系列成型和烧结技术，以解决碳化硅材料在制造此类部件时面临的局部化难题。

碳化硅陶瓷具有高强度、高硬度、高弹性模量、高比刚度、高导热性、低热膨胀系数等优异性能，是一种理想的高性能结构材料。然而，当将其应用于制备具有“大、厚、空、薄、轻、细”特点的集成电路关键设备（如光刻机）的精密结构件时，存在诸多技术难题和挑战，例如如何实现空心闭孔结构，达到高轻量化和高模量的目标；如何获得微观结构均匀、性能稳定的材料；如何实现大尺寸、复杂形状陶瓷件的快速制备。

基于近净尺寸成型工艺——凝胶注射成型，中国建筑材料科学研究院开发了一种制备新型大尺寸、复杂形状、高精度碳化硅陶瓷部件的工艺技术。首先，分析陶瓷部件的结构特征，设计并制造用于凝胶注射成型的简单或复杂模具，以制备陶瓷部件毛坯；然后，对陶瓷部件进行精密加工，以提高其尺寸精度和表面光洁度；最后，通过高温烧结获得成品。对于中空结构的碳化硅陶瓷部件，采用键合工艺将陶瓷毛坯单体部件键合成一个整体，然后将其置于真空烧结炉中进行烧结。

碳化硅陶瓷零件制备工艺流程图

制备过程中的关键工序包括凝胶注射成型、陶瓷坯料加工和陶瓷坯料连接。其中，凝胶注模成型是制备碳化硅陶瓷零件的基础。该工艺是一种精细的胶体成型工艺，能够实现大尺寸、复杂结构生坯的高强度、高均匀性和近净尺寸成型，在特种陶瓷材料制备领域得到了广泛的研究。陶瓷坯料加工技术能够快速、低成本、高精度地制造形状复杂的陶瓷零件，并有效提高陶瓷零件的尺寸精度和表面光洁度。陶瓷坯料连接工艺能够制备中空陶瓷零件，主要通过陶瓷粘合剂将陶瓷单体零件连接起来，形成完整的中空零件。

用于光刻的碳化硅陶瓷结构件的工业图案

目前，全球集成电路制造设备支出已达500亿美元，其中陶瓷结构件支出占比超过20%。目前，用于集成电路制造设备的高端碳化硅陶瓷件市场70%由京瓷和库尔斯泰克两家公司垄断，其余市场份额也由欧美日企占据。

京瓷和库尔斯泰克的产品以产品线齐全、市场覆盖面广为特色。以半导体陶瓷元件为例，库尔斯泰克提供的精密陶瓷结构件涵盖一系列产品，例如光刻机专用元件、等离子刻蚀设备专用元件、PVD/CVD专用元件、离子注入设备专用元件、晶圆吸附专用元件、固定透射元件等；京瓷则提供光刻机、晶圆制造设备、刻蚀机、沉积设备（CVD、PVD）、液晶面板（LCD）制造设备等专用陶瓷部件。