2022年的全國(guó)兩會(huì)，各民主黨派圍繞中共中央和國(guó)家重要決策部署，圍繞社會(huì)公眾關(guān)心的重要民生問(wèn)題，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，提出了一系列意見(jiàn)建議，為黨和政府科學(xué)決策提供了重要參考。人民網(wǎng)·中國(guó)共產(chǎn)黨新聞網(wǎng)和中國(guó)統(tǒng)一戰(zhàn)線(xiàn)新聞網(wǎng)聯(lián)合推出“2022年全國(guó)兩會(huì)各民主黨派提案選登”專(zhuān)欄，選登各民主黨派中央擬提交全國(guó)政協(xié)十三屆五次會(huì)議的部分提案。其中，臺(tái)盟中央擬提交“關(guān)于進(jìn)一步加快半導(dǎo)體精密陶瓷部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的提案”。

  該提案強(qiáng)調(diào)，作為半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵部件，精密陶瓷部件的研發(fā)生產(chǎn)直接影響著半導(dǎo)體裝備制造業(yè)乃至整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。可以說(shuō)，精密陶瓷部件是整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。因此，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)安全角度還是產(chǎn)業(yè)成本角度考慮，要突破我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨的“卡脖子”窘境，必須重視精密陶瓷部件等半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備關(guān)鍵部件的國(guó)產(chǎn)化發(fā)展。

  一、精密陶瓷在半導(dǎo)體中的應(yīng)用

  半導(dǎo)體設(shè)備需要大量的精密陶瓷部件。由于陶瓷具有高硬度、高彈性模量、高耐磨、高絕緣、耐腐蝕、低膨脹等優(yōu)點(diǎn)，可用作硅片拋光機(jī)、外延/氧化/擴(kuò)散等熱處理設(shè)備、光刻機(jī)、沉積設(shè)備，半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備，離子注入機(jī)等設(shè)備的零部件。半導(dǎo)體陶瓷有氧化鋁、氮化硅、氮化鋁、碳化硅等，在半導(dǎo)體設(shè)備中，精密陶瓷的價(jià)值約占16%左右。

  1、氧化鋁(Al?O?)
  氧化鋁在半導(dǎo)體裝備中使用最為廣泛的精密陶瓷材料。具有材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，硬度高，熔點(diǎn)高，抗腐蝕，化學(xué)穩(wěn)定性?xún)?yōu)良，電阻率大，電絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)，在半導(dǎo)體設(shè)備中應(yīng)用廣泛。
在半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中，刻蝕機(jī)腔室材料作為晶圓污染的主要來(lái)源，等離子刻蝕對(duì)其影響程度決定了晶圓的良率、質(zhì)量、刻蝕工藝的穩(wěn)定性等等。因此，刻蝕機(jī)腔室材料的選用尤為重要。當(dāng)前，主要采用高純Al?O?涂層或Al?O?陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內(nèi)部件的防護(hù)材料。除了腔體以外，等離子體設(shè)備的氣體噴嘴，氣體分配盤(pán)和固定晶圓的固定環(huán)等也需用到氧化鋁陶瓷。
  在晶圓硅晶片的搬運(yùn)中，會(huì)應(yīng)用到氧化鋁陶瓷制成的陶瓷機(jī)械手臂。氧化鋁陶瓷和碳化硅陶瓷都具備致密質(zhì)、高硬度、高耐磨性的物理性質(zhì)，以及良好的耐熱性能、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，高溫環(huán)境仍具有良好的絕緣性、良好的抗腐蝕性等物理性能，是用于制作半導(dǎo)體設(shè)備機(jī)械手臂的絕佳材料。從材料性質(zhì)來(lái)看，碳化硅陶瓷用于制作陶瓷機(jī)械手臂較為合適，但是從材料價(jià)格、加工難度等經(jīng)濟(jì)方面來(lái)說(shuō)，氧化鋁陶瓷機(jī)械手臂的性?xún)r(jià)比更高。
  此外，在晶圓拋光工藝中，氧化鋁陶瓷可被廣泛應(yīng)用于拋光板、拋光磨墊校正平臺(tái)、真空吸盤(pán)等。

  2、碳化硅(SiC)
  碳化硅具有高導(dǎo)熱性、高溫機(jī)械強(qiáng)度、高剛度、低熱膨脹系數(shù)、良好的熱均勻性、耐腐蝕性、耐磨耗性等特性。碳化硅在高達(dá)1400℃的極端溫度下，其仍能保持良好的強(qiáng)度。采用碳化硅陶瓷的研磨盤(pán)由于硬度高而磨損小，且熱膨脹系數(shù)與硅晶片基本相同，因而可以高速研磨拋光。
  在硅晶片生產(chǎn)時(shí)，需要經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚恚Ｊ褂锰蓟鑺A具運(yùn)輸，其耐熱、無(wú)損，可在表面涂敷類(lèi)金剛石（DLC）等涂層，可增強(qiáng)性能，緩解晶片損壞，同時(shí)防止污染擴(kuò)散。此外，碳化硅陶瓷還可應(yīng)用在XY平臺(tái)、基座、聚焦環(huán)、拋光板、晶圓夾盤(pán)、真空吸盤(pán)、搬運(yùn)臂、爐管、晶舟、懸臂槳等。

  3、氮化鋁(AIN)
  高純氮化鋁陶瓷具有卓越的熱傳導(dǎo)性，耐熱性、絕緣性，熱膨脹系數(shù)接近硅，且具有優(yōu)異的等離子體抗性，產(chǎn)品熱量分布均勻。可應(yīng)用于晶片加熱的加熱器、靜電夾盤(pán)等。

  4、氮化硅(Si3N4)
  氮化硅(Si3N4）是斷裂韌性高、耐熱沖擊性強(qiáng)、高耐磨耗性、高機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕的材料。可應(yīng)用于半導(dǎo)體設(shè)備的平臺(tái)、軸承等部件。

  二、精密陶瓷在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

  1、半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)將突破千億美元，陶瓷部件占成本10%以上
  近期，美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）表示，2021年全球芯片銷(xiāo)售額達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的5559億美元，較上年增長(zhǎng)26.2%。該協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，隨著芯片制造商繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)能以滿(mǎn)足需求，2022年全球芯片銷(xiāo)售額將增長(zhǎng)8.8%。

  半導(dǎo)體市場(chǎng)迅猛發(fā)展的同時(shí)帶飛了上游設(shè)備市場(chǎng)。
  據(jù)了解，繼2020年同比增長(zhǎng)17%以及2021年同比增長(zhǎng)39%之后，晶圓廠(chǎng)設(shè)備支出預(yù)計(jì)在2022將繼續(xù)保持增長(zhǎng)。SEMI(國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì))指出，2022年全球前端晶圓廠(chǎng)設(shè)備(不含封裝測(cè)試的前道工藝設(shè)備，一般為晶圓制造設(shè)備)支出預(yù)計(jì)將超過(guò)980億美元，達(dá)到歷史新高，連續(xù)第三年實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)。

  精密陶瓷已成為半導(dǎo)體設(shè)備的關(guān)鍵部件，成本占10%以上。
  在高端光刻機(jī)中，為實(shí)現(xiàn)高制程精度，需要廣泛采用具有良好的功能復(fù)合性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、尺寸精度的陶瓷零部件，如E-chuck、Vacumm-chuck、Block、磁鋼骨架水冷板、反射鏡、導(dǎo)軌等，這些關(guān)鍵部件一般選用精密陶瓷材料。
  在刻蝕設(shè)備中，刻蝕機(jī)腔室材料作為晶圓污染的主要來(lái)源，等離子刻蝕對(duì)其影響程度決定了晶圓的良率、質(zhì)量、刻蝕工藝的穩(wěn)定性等等。因此，研究和開(kāi)發(fā)出一種極其耐刻蝕腔體材料成為半導(dǎo)體集成產(chǎn)業(yè)以及等離子刻蝕技術(shù)中一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)的任務(wù)。當(dāng)前，主要采用高純Al?O?涂層或Al?O?陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內(nèi)部件的防護(hù)材料。除了腔體以外，等離子體設(shè)備的氣體噴嘴，氣體分配盤(pán)和固定晶圓的固定環(huán)等也需用到精密陶瓷。
  一臺(tái)半導(dǎo)體設(shè)備看似是用金屬及塑料打造的，其實(shí)里面隱藏著非常多極具技術(shù)含量的精密陶瓷部件。總之，精密陶瓷在半導(dǎo)體設(shè)備中的應(yīng)用遠(yuǎn)比我們想象中要多。

  2、當(dāng)前全球競(jìng)爭(zhēng)格局
  目前國(guó)外在集成電路核心裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件的研發(fā)和應(yīng)用方面走在前列的公司有日本京瓷、美國(guó)CoorsTek、德國(guó)BERLINERGLAS等，其中，京瓷和CoorsTek公司占據(jù)了集成電路核心裝備用高端精密陶瓷結(jié)構(gòu)件市場(chǎng)份額的70%。
  京瓷及CoorsTek制造的高端陶瓷零部件具有材料體系齊全、性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度高等特點(diǎn)，所制造的精密陶瓷結(jié)構(gòu)件幾乎涵蓋了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)陶瓷材料體系，如氧化鋁、碳化硅、氮化硅、氮化鋁等；結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用領(lǐng)域也幾乎覆蓋了全部集成電路核心裝備，形成了一系列型號(hào)齊全、品種多樣的精密陶瓷結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品，如美國(guó)CoorsTek公司能夠提供光刻機(jī)專(zhuān)用組件、等離子刻蝕設(shè)備專(zhuān)用組件、PVD/CVD專(zhuān)用組件、離子注入設(shè)備專(zhuān)用組件、晶片吸附固定傳輸專(zhuān)用組件等一系列產(chǎn)品；京瓷能夠提供光刻機(jī)、晶圓制造設(shè)備、刻蝕機(jī)、沉積設(shè)備（CVD、濺射）、LCD等裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件。我國(guó)在集成電路核心裝備用精密陶瓷結(jié)構(gòu)件的研發(fā)和應(yīng)用方面起步較晚，在大尺寸、高精度、中空、閉孔、輕量化結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)陶瓷零部件的制備領(lǐng)域有諸多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有待突破。

  3、我國(guó)面臨的問(wèn)題
  本次臺(tái)盟中央擬提交的“關(guān)于進(jìn)一步加快半導(dǎo)體精密陶瓷部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的提案”指出了我國(guó)精密陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問(wèn)題并給出了重要建議。其中，目前我國(guó)精密陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在以下問(wèn)題：
  一是研發(fā)體系不健全，具備研發(fā)實(shí)力的核心企業(yè)長(zhǎng)期缺位。在科研層面，我國(guó)清華大學(xué)、中科院上海硅酸鹽研究所等科研院?jiǎn)挝辉诰芴沾裳邪l(fā)方面雖然有很好的積累，但上世紀(jì)九十年代末之后研發(fā)投入幾乎停止，精密陶瓷應(yīng)用收窄，高端產(chǎn)品止步于實(shí)驗(yàn)室而難以量產(chǎn)。在企業(yè)層面，陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)期存在大而不強(qiáng)的問(wèn)題，尤其原料環(huán)節(jié)陶瓷粉體制備水平較日本、德國(guó)等仍然差距很大，目前國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)陶瓷基本限于大量低端陶瓷制品，而且規(guī)模都不突出，難以具備足夠的研發(fā)實(shí)力。
  二是國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體系統(tǒng)、制造及封測(cè)廠(chǎng)商慣性采購(gòu)國(guó)外設(shè)備與部件，國(guó)產(chǎn)部件與材料進(jìn)入采購(gòu)體系的難度大。國(guó)內(nèi)部件產(chǎn)品正處于關(guān)鍵的摸索提升期，短期難以通過(guò)設(shè)備龍頭企業(yè)的OEM品質(zhì)認(rèn)證，更需要國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈骨干企業(yè)的耐心參與及聯(lián)合培育。
  三是關(guān)鍵材料的產(chǎn)業(yè)投入有待加強(qiáng)。由于研發(fā)周期長(zhǎng)、開(kāi)發(fā)難度大等因素，目前，對(duì)精密陶瓷部件等關(guān)鍵材料的產(chǎn)業(yè)投入不足。以國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)基金為例，對(duì)裝備及材料產(chǎn)業(yè)的投入僅占其投資總額的3%，這與其地位作用不匹配。

  三、對(duì)我國(guó)精密陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建議
  
  1、培育潛力企業(yè)，發(fā)揮行業(yè)帶動(dòng)作用。
  建議國(guó)家有關(guān)部門(mén)在落實(shí)《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》中，進(jìn)一步加大對(duì)精密陶瓷部件研發(fā)和產(chǎn)業(yè)的支持。通過(guò)整合科研系統(tǒng)與行業(yè)協(xié)會(huì)、聯(lián)盟，在全國(guó)范圍內(nèi)集中資源優(yōu)先甄選扶植一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的潛力企業(yè)，從而帶動(dòng)全行業(yè)企業(yè)發(fā)展。

  2、加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)協(xié)同，整合國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)資源。
  建議國(guó)家有關(guān)部門(mén)鼓勵(lì)國(guó)有裝備、材料、化工等大型企業(yè)參與精密陶瓷行業(yè)發(fā)展。制定裝備及配件國(guó)產(chǎn)化的指導(dǎo)性目標(biāo)，建立財(cái)政引導(dǎo)與科技保險(xiǎn)相結(jié)合的關(guān)鍵部件材料國(guó)產(chǎn)化引導(dǎo)機(jī)制，通過(guò)政府財(cái)政與市場(chǎng)化保險(xiǎn)產(chǎn)品的保障支持，鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體裝備企業(yè)采購(gòu)國(guó)產(chǎn)精密陶瓷部件。鼓勵(lì)企業(yè)及院校聯(lián)合建立技術(shù)研發(fā)與檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，加快建立精密陶瓷等關(guān)鍵部件及材料國(guó)產(chǎn)化的科技服務(wù)體系。

  3、強(qiáng)化涉企保障，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。
  建議國(guó)家有關(guān)部門(mén)在精密陶瓷產(chǎn)業(yè)聚集地設(shè)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)協(xié)助中心，通過(guò)縮短知識(shí)產(chǎn)權(quán)審核授權(quán)周期、加大侵權(quán)懲戒力度等方式，指導(dǎo)并協(xié)助企業(yè)處理知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛，保護(hù)研發(fā)創(chuàng)新動(dòng)力。吸引精密陶瓷重點(diǎn)企業(yè)落戶(hù)保稅區(qū)，通過(guò)有限區(qū)域的稅收政策差異化，緩解半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)當(dāng)前的研發(fā)攻關(guān)成本壓力。同時(shí)，圍繞精密陶瓷企業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才培育，加強(qiáng)政策統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，支持地方做好核心團(tuán)隊(duì)成員的落戶(hù)、子女就學(xué)、醫(yī)療等配套保障，尤其是從國(guó)外領(lǐng)先企業(yè)的引進(jìn)人才團(tuán)隊(duì)的服務(wù)支持。

  4、發(fā)揮市場(chǎng)作用，加大產(chǎn)業(yè)投入力度。
  建議進(jìn)一步完善上交所、深交所交易功能，借助北京證券交易所的建立新契機(jī)，在三家國(guó)家級(jí)交易所創(chuàng)新設(shè)立精密陶瓷等新材料板塊，精準(zhǔn)支持具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的新材料中小企業(yè)。鼓勵(lì)保險(xiǎn)、信托等長(zhǎng)期資金加大對(duì)優(yōu)秀未上市中小企業(yè)的股權(quán)投資，打通資本融入、退出的合理通道，為進(jìn)一步支持新材料類(lèi)“硬核科技”企業(yè)成長(zhǎng)清障提速。
參考來(lái)源：人民網(wǎng)·中國(guó)共產(chǎn)黨新聞網(wǎng)、中國(guó)電子報(bào)、路透社


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