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邹小姐：13326633089 -
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在IC产(chan)业中，集(ji)成电路(lu)制(zhi)造(zao)装(zhuang)备(bei)具(ju)(ju)有(you)极其重要(yao)的(de)战略(lve)地位(wei)，以光(guang)刻机为代(dai)表的(de)集(ji)成电路(lu)关(guan)键(jian)装(zhuang)备(bei)是(shi)现代(dai)技术高(gao)(gao)(gao)度(du)集(ji)成的(de)产(chan)物，其设(she)计和制(zhi)造(zao)过(guo)程均(jun)能体现出包括材(cai)料科学与工(gong)程、机械(xie)加(jia)工(gong)等在内的(de)诸多相关(guan)科学领域(yu)的(de)最高(gao)(gao)(gao)水平。集(ji)成电路(lu)制(zhi)造(zao)关(guan)键(jian)装(zhuang)备(bei)要(yao)求(qiu)零部件(jian)材(cai)料具(ju)(ju)有(you)轻质高(gao)(gao)(gao)强、高(gao)(gao)(gao)导(dao)热系数和低热膨胀系数等特点，且(qie)致密均(jun)匀(yun)无缺陷，还要(yao)求(qiu)零部件(jian)具(ju)(ju)有(you)极高(gao)(gao)(gao)的(de)尺寸(cun)精(jing)度(du)和尺寸(cun)稳定性，以保证(zheng)设(she)备(bei)实现超精(jing)密运(yun)动和控制(zhi)，因此对材(cai)料性能以及制(zhi)造(zao)水平要(yao)求(qiu)非常苛刻。
高尖端设备——光刻机
碳(tan)化硅陶瓷(ci)具有(you)高的弹性模量(liang)和比(bi)刚度，不易变(bian)形，并且具有(you)较(jiao)高的导(dao)热系数(shu)和低的热膨胀系数(shu)，热稳定性高，是一种(zhong)优良的结构材料，目前已经广泛(fan)应用于(yu)航空、航天、石油化(hua)工、机械制(zhi)造、核工业、微(wei)电子工业等(deng)领域。但(dan)是，由于(yu)碳(tan)化(hua)硅是Si-C键很强的共价(jia)键化(hua)合物，具有(you)极高的(de)硬度和显(xian)著的(de)脆性，精密(mi)加(jia)工难(nan)度大；此外，碳化(hua)硅熔点高，难(nan)以(yi)实现致(zhi)密(mi)、近净(jing)尺寸烧结。因此，大尺寸(cun)、复(fu)杂异(yi)形中空结构(gou)的精(jing)密碳(tan)(tan)化硅结构件的制(zhi)备(bei)(bei)难度较高(gao)，限制(zhi)了(le)碳(tan)(tan)化硅陶瓷(ci)在诸如(ru)集成电路这类(lei)的高(gao)端装备(bei)(bei)制(zhi)造领域中的广泛应(ying)用。
目前(qian)只有(you)日本、美国(guo)等(deng)(deng)少数几个(ge)发达国(guo)家的少数企业（如日本京(jing)瓷、美国(guo)CoorsTek等(deng)(deng)）成功地将碳化硅陶(tao)瓷材(cai)料(liao)应(ying)用(yong)于集(ji)成电路制造关(guan)键(jian)装备中，如光(guang)刻机用(yong)碳化硅工件台、导轨、反(fan)射镜、陶(tao)瓷吸盘(pan)、手臂等(deng)(deng)。
碳化硅真空吸盘
集成(cheng)电路制(zhi)造装备用(yong)精密陶瓷结构(gou)件的特点
集(ji)成电路制造关键技(ji)术及(ji)装(zhuang)备(bei)主要(yao)(yao)有(you)包括光(guang)(guang)刻(ke)技(ji)术及(ji)光(guang)(guang)刻(ke)装(zhuang)备(bei)、薄(bo)膜生长技(ji)术及(ji)装(zhuang)备(bei)、化学机械抛(pao)光(guang)(guang)技(ji)术及(ji)装(zhuang)备(bei)、高(gao)密度后(hou)封装(zhuang)技(ji)术及(ji)装(zhuang)备(bei)等，均涉及(ji)高(gao)效率、高(gao)精(jing)度、高(gao)稳(wen)定性的(de)(de)运动控制技(ji)术和驱动技(ji)术，对结构件的(de)(de)精(jing)度和结构材(cai)料的(de)(de)性能提出了极高(gao)的(de)(de)要(yao)(yao)求。
以光刻(ke)机(ji)中工(gong)(gong)件(jian)(jian)台为例，该工(gong)(gong)件(jian)(jian)台主(zhu)要(yao)负责完成(cheng)曝(pu)光运(yun)动，要(yao)求实现高速(su)、大行程、六(liu)自由度(du)的纳米级超精(jing)密(mi)运动，如对(dui)于(yu)100 nm分(fen)辨率、套刻精(jing)度为33nm和线宽(kuan)为10nm的光刻机(ji)，其工(gong)件台定位精(jing)度要求达(da)到10 nm，掩(yan)模硅片(pian)同时步进(jin)和扫描速(su)度分(fen)别达(da)到150 nm/s和120 nm/s，掩(yan)模扫描速(su)度接近500 nm/s，并(bing)且要求工(gong)件台具有非常高的运(yun)动精(jing)度和平稳性。
总结(jie)下来(lai)，就是需要满足(zu)以(yi)下条件(jian)：高度轻量(liang)化(hua)、高形位(wei)精度、高尺(chi)寸稳定性、清(qing)洁无污染，通常(chang)该类(lei)结(jie)构件(jian)具有“大、厚(hou)、空(kong)、薄、轻、精(jing)”的特点。
光刻(ke)机工作(zuo)台
碳化硅陶瓷精(jing)密结构部件制备工艺
目前(qian)在(zai)制备光刻机等(deng)集成电路关键装备用(yong)碳化硅陶(tao)瓷精密结(jie)(jie)构件(jian)时，还存(cun)在(zai)着诸多的(de)技术难点和(he)挑战，比如(ru)如(ru)何实现中空、闭孔结(jie)(jie)构，以达到高度轻量化、高模(mo)态的(de)目标(biao)；如(ru)何获得显微结(jie)(jie)构均匀(yun)、性能稳定的(de)材料；如(ru)何实现大(da)尺寸(cun)、复(fu)杂形状结(jie)(jie)构的(de)陶(tao)瓷部件(jian)的(de)快速制备等(deng)。
在陶瓷的(de)近净成型技术的(de)应用(yong)上，国内外都进行了大(da)量的(de)研究(jiu)。
大(da)尺寸复(fu)杂形状(zhuang)碳化硅陶瓷素坯(pi)的凝胶(jiao)注模成型(xing)工艺(yi)
当前，中国建材总院在相(xiang)关碳化硅(gui)陶瓷精密(mi)部件的研(yan)究上走在国内前列，涉及到均(jun)质、高强碳化硅陶(tao)(tao)瓷(ci)素坯(pi)的制(zhi)备，碳化硅陶(tao)(tao)瓷(ci)素坯(pi)的加工，碳化硅陶(tao)(tao)瓷(ci)连接工艺(yi)，以(yi)及CVD碳化硅光学(xue)膜层(ceng)制(zhi)备工艺(yi)等，以下将详(xiang)细(xi)介(jie)绍。
1.碳化硅陶瓷凝胶注模成型工艺
凝胶(jiao)注成型工(gong)(gong)艺(yi)是(shi)制备碳(tan)化硅(gui)陶瓷部(bu)件的(de)基础，该工(gong)(gong)艺(yi)是(shi)一种精细的(de)胶(jiao)态成型工(gong)(gong)艺(yi) (Colloidal processing)，可(ke)实(shi)现大尺寸、复杂结构坯体的高强度、高均匀性、近净尺寸成型(xing)，陶(tao)瓷(ci)料浆制备是凝(ning)胶(jiao)注模(mo)成型(xing)工艺中(zhong)的关键环节之一(yi)。
就碳(tan)化硅在光刻(ke)机构件(jian)中的应用而言，分(fen)散良好、高(gao)稳定性水基碳(tan)/碳(tan)化硅料浆(jiang)的制备是获得优质、均匀结构碳(tan)/碳(tan)化硅坯(pi)体的前提(ti)。此外，料浆(jiang)具有(you)高(gao)的固相体积(ji)分(fen)数则可以有(you)效减小陶(tao)瓷(ci)坯(pi)体干燥时的收缩，有(you)利于实现陶(tao)瓷(ci)部(bu)件(jian)的近净尺
寸(cun)成型。相(xiang)应(ying)地，陶瓷料浆的(de)制备需要(yao)解决(jue)两大难(nan)题：一(yi)是碳(tan)和(he)碳(tan)化硅两种陶瓷粉料在相(xiang)同条件下的均(jun)匀(yun)分散(san)，二是尽(jin)可能提高料浆的固相(xiang)含(han)量(liang)。
碳化(hua)硅陶瓷部件制备(bei)工艺流程(cheng)图
制浆完成后，凝胶注模成型工艺通(tong)常采用丙烯酰(xian)胺(AM)和N,N’-亚(ya)甲基双(shuang)丙烯酰胺(MBAM)等作为有机单体(ti)，以过(guo)硫酸盐作为引发剂，通过(guo)单体(ti)自由基聚(ju)合实现(xian)对(dui)(dui)陶(tao)瓷(ci)悬浮体(ti)的(de)(de)原(yuan)位固化成(cheng)型。但(dan)对(dui)(dui)于含(han)碳陶(tao)瓷(ci)料(liao)浆(jiang)，常(chang)规(gui)方式的(de)(de)聚(ju)合诱(you)导(dao)期很短，实现(xian)凝胶(jiao)注模(mo)成(cheng)型则(ze)相(xiang)对(dui)(dui)困难，需(xu)加入在碳基体(ti)系料(liao)浆(jiang)里能够延缓单体(ti)聚(ju)合的(de)(de)添加剂，使陶(tao)瓷(ci)料(liao)浆(jiang)有充(chong)足的(de)(de)时间充(chong)满(man)复(fu)杂模(mo)具，实现(xian)复(fu)杂形状(zhuang)制品的(de)(de)制备。
2.高精(jing)度碳化硅陶瓷制品无模成型工艺
虽然采(cai)用凝(ning)胶注模(mo)成(cheng)型工(gong)艺(yi)可以实现复杂(za)形状陶瓷制(zhi)(zhi)品的近净(jing)尺(chi)(chi)寸(cun)制(zhi)(zhi)备，但该工(gong)艺(yi)对模(mo)具要(yao)求高(gao)(gao)，在制(zhi)(zhi)备复杂(za)大尺(chi)(chi)寸(cun)部(bu)件时需(xu)设计(ji)和制(zhi)(zhi)造模(mo)具，增加(jia)了(le)(le)时间成(cheng)本(ben)和模(mo)具成(cheng)本(ben)，一定程度上制(zhi)(zhi)约了(le)(le)该工(gong)艺(yi)在陶瓷结构件批量化生产中的应用。另一方面(mian)，对一些尺(chi)(chi)寸(cun)精度要(yao)求高(gao)(gao)的陶瓷部(bu)件，凝(ning)胶注模(mo)成(cheng)型工(gong)艺(yi)则无法满足其尺(chi)(chi)寸(cun)精度要(yao)求。
与(yu)传统“自下而上”的无模成型工(gong)艺不(bu)同(tong)，陶瓷(ci)素坯加工(gong)工(gong)艺(Green ceramic machining,GCM)是一种“自上而下(xia)”的(de)工艺，其原(yuan)理(li)类似金属(shu)材料或(huo)木材的(de)加工过程如车、铣、刨、磨等，利用(yong)数控加工技术(shu)对陶瓷(ci)块状素坯进行三(san)维加工，直接得(de)到所需的(de)结构，可以(yi)实现(xian)陶瓷(ci)制(zhi)(zhi)品的(de)快速制(zhi)(zhi)造，特(te)别适用(yong)于结构陶瓷(ci)多品种(zhong)、小批量生产。
数控(kong)加工
采用(yong)凝胶(jiao)注模(mo)成型工(gong)艺制备的陶(tao)瓷素坯中，陶(tao)瓷颗粒(li)靠三维凝胶(jiao)网络结合，颗粒(li)之(zhi)间结合力小，在(zai)加工(gong)过程(cheng)中陶(tao)瓷颗粒(li)或颗粒(li)团聚体(ti)在(zai)刀具(ju)的作(zuo)用(yong)下(xia)很容易剥(bo)落去除(chu)。材料(liao)去除(chu)以脆性剥落为主，不同于金属材(cai)料加工的(de)塑性去(qu)(qu)除(chu)方式，而颗粒的(de)脆(cui)性断(duan)裂以及晶(jing)界微破碎去(qu)(qu)除(chu)形式也(ye)基(ji)本不存(cun)在(zai)。采用(yong)金刚石刀具，通过数(shu)控机床对陶瓷素(su)坯进行高(gao)效、高(gao)精(jing)(jing)度(du)加工，可以实现复(fu)杂形状(zhuang)的(de)碳(tan)化硅陶瓷制(zhi)品的(de)制(zhi)备。采用(yong)该工艺制(zhi)备的(de)碳(tan)化硅陶瓷制(zhi)品尺寸精(jing)(jing)度(du)高(gao)、表(biao)面光洁度(du)高(gao)。
3.碳(tan)化硅陶瓷(ci)反应连接(jie)技术
全封闭、中(zhong)空部件的(de)制(zhi)备一般采用连(lian)接(jie)工艺获得，目前常用的(de)陶瓷(ci)连(lian)接(jie)方法主(zhu)要有钎(qian)焊(han)、扩(kuo)散焊(han)等，但这(zhei)些方法均存在工艺复杂(za)、焊(han)接(jie)料性能同碳化硅(gui)基(ji)体差别大等缺点，难以满(man)足光刻机等集成电(dian)路制(zhi)造(zao)装备对复杂(za)结构部件的(de)使用要求(qiu)。
根据反(fan)应(ying)烧结碳(tan)化硅的(de)(de)工(gong)艺特点(dian)，将待(dai)粘(zhan)接(jie)(jie)(jie)零部(bu)件进(jin)(jin)行(xing)预处理(li)，并通(tong)过粘(zhan)接(jie)(jie)(jie)料(liao)对制品进(jin)(jin)行(xing)粘(zhan)接(jie)(jie)(jie)，随后(hou)再(zai)进(jin)(jin)行(xing)反(fan)应(ying)烧结，使制品的(de)(de)连(lian)(lian)接(jie)(jie)(jie)与反(fan)应(ying)烧结同步完(wan)成(cheng)。通(tong)过调(diao)节粘(zhan)接(jie)(jie)(jie)料(liao)的(de)(de)组分(fen)、控制连(lian)(lian)接(jie)(jie)(jie)工(gong)艺，可实现复(fu)杂结构部(bu)件的(de)(de)致(zhi)密、高强度、无缝(feng)隙粘(zhan)接(jie)(jie)(jie)。
反应(ying)烧结体粘(zhan)接层(ceng)的显(xian)微结构
4.大面积碳化硅陶瓷膜(mo)层化学(xue)气相(xiang)沉积（CVD）技术
光(guang)(guang)刻机等集成电路关键制(zhi)造(zao)装备中某些高性能(neng)光(guang)(guang)学元件对材料制(zhi)备有(you)着苛刻的要(yao)求(qiu)，不仅(jin)要(yao)求(qiu)材料具有(you)高的稳定性，还需(xu)满足某些特定的光(guang)(guang)学性能(neng)要(yao)求(qiu)。反(fan)应烧结(jie)碳(tan)化(hua)硅经抛(pao)光(guang)(guang)后其面型(xing)精度高，但(dan)是该材料是由碳(tan)化(hua)硅(gui)和(he)游离(li)硅(gui)组成的(de)两相材料，在(zai)研磨抛光等过程各(ge)相(xiang)的去除(chu)速率(lv)不一致，无(wu)法达到更(geng)高的面型精度，因此无(wu)法满足特定光学部件性能要求。
采用(yong)反(fan)应烧结碳(tan)化(hua)硅(gui)基体(ti)(ti)(ti)结合化(hua)学气(qi)相沉积碳(tan)化(hua)硅(gui)(CVD SiC)膜(mo)层(ceng)的方法制(zhi)备(bei)高性能反(fan)射(she)镜，通过优化(hua)先驱体(ti)(ti)(ti)种类、沉积温(wen)度(du)、沉积压力、反(fan)应气(qi)体(ti)(ti)(ti)配(pei)比、气(qi)体(ti)(ti)(ti)流场、温(wen)度(du)场等关键工艺参数(shu)，可实现大面积、均匀CVD SiC膜(mo)层(ceng)的制(zhi)备(bei)，使(shi)反(fan)射(she)镜镜面精度(du)可接近国外同类产(chan)品性能指(zhi)标。
光刻(ke)机用碳化硅光学反射镜
总结
我国集成(cheng)(cheng)电路(lu)关键(jian)装备用(yong)(yong)精(jing)密陶瓷结构件的自主研究和国产化(hua)(hua)应(ying)用(yong)(yong)推(tui)广(guang)才刚刚起步，随着我国半导体(ti)工业(ye)的蓬勃发展(zhan)，市场对(dui)该(gai)类高端陶瓷结构件的需求会越来越大(da)(da)，碳化(hua)(hua)硅以其优(you)异(yi)的物(wu)理(li)化(hua)(hua)学(xue)性能，在集成(cheng)(cheng)电路(lu)关键(jian)装备用(yong)(yong)结构件领域具有(you)广(guang)阔的应(ying)用(yong)(yong)前(qian)(qian)景(jing)，目前(qian)(qian)仍然存在碳化(hua)(hua)硅结构件材料品(pin)种单一(yi)、大(da)(da)尺寸复杂结构制品(pin)成(cheng)(cheng)品(pin)率低、市场化(hua)(hua)应(ying)用(yong)(yong)推(tui)广(guang)慢等(deng)问题，还需要(yao)进一(yi)步研究和推(tui)广(guang)。
参(can)考来源：
1. 光刻机用精(jing)密碳化硅(gui)陶瓷(ci)部件制(zhi)备技术(shu)，刘海林、霍艳(yan)丽、胡传奇(qi)、黄小婷、王春朋、梁(liang)海龙、唐婕、陈(chen)玉峰（现代技术(shu)陶瓷(ci)）；
2. 先(xian)进(jin)陶瓷材料研究现状(zhuang)及(ji)发展趋势，张伟儒、李伶、王坤（新材料产业）；
3. 碳化(hua)硅陶瓷研究，刘海林(lin)（中国建材）。
粉体圈 小吉
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