中国粉体网讯 精密陶瓷零部件是光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入、CMP等多个半导体制造关键流程核心设备关键部件。其中，氧化铝、氮化铝、碳化硅等三中陶瓷材料备受关注。
半导体行业遵循“一代技术、一代工艺、一代设备”的产业规律，而半导体设备的升级迭代很大程度上有赖于精密零部件的技术突破，各种半导体零部件相互配合，共同支持半导体设备的运转。除了热门的陶瓷材料，在一些特定的制备环节，那些不常提的陶瓷材料仍发挥着重要作用。
碳化钽
碳化钽（TaC）是一种超高温陶瓷材料，所谓超高温陶瓷（UHTCs）通常指熔点超过3000℃，并在2000℃以上的高温及腐蚀环境中（如氧原子环境）使用的一类陶瓷材料，如ZrC、HfC、TaC、HfB2、ZrB2、HfN等。目前，第三代半导体以碳化硅为主导，碳化硅单晶制备是整个产业链最基础也是最重要环节。
当前，SiC晶体生长最常用的方法是物理气相传输法（PVT法），该方法虽具备生长速率快、成本可控等优势，但该过程生长周期长、控制难度大，易产生微管、包裹物等缺陷。对于缺陷的控制，炉内热场微小的调整或漂移，都会带来晶体的变化或缺陷的增加。后期更要面临“长快、长厚、长大”的挑战，除了理论和工程的提高外，还需要更先进的热场材料作为支撑。
热场中坩埚的材料主要有石墨、多孔石墨，但是，石墨在高温下遇氧易被氧化，而且会被熔融金属等腐蚀。采用碳化钽TaC涂层能够解决晶体边缘缺陷问题，提高晶体生长质量，是“长快、长厚、长大”的核心技术方向之一。业界研究也已经表明，碳化钽涂层石墨坩埚可以实现更为均匀的加热，从而为SiC单晶生长提供了出色的工艺控制，因此能够大幅降低SiC晶体边缘形成多晶的概率。
来源：恒普科技
透明陶瓷
透明陶瓷作为一种优秀的结构功能一体化材料，相较于其它具有可见光透过性能的材料，如单晶、玻璃等，透明陶瓷具有诸多优势。在半导体制程中，随着晶圆尺寸增大，晶圆制程特征尺寸逐渐减少，需要更高的等离子体能量。这种变化趋势下，对晶圆刻蚀的高精度、高效率、高均一性，以及对半导体微型化、高密度集成和高可靠性的要求提出了更高的挑战，进而对刻蚀设备内部材料的耐刻蚀性提出了更加苛刻的要求。
刻蚀机，来源：中微半导体
氧化钇是一种在可见光范围内透明的陶瓷材料，具有较高的透光率，电绝缘性良好，目前，氧化钇陶瓷在刻蚀机中主要应用场景为腔体与窗视镜。
目前广泛应用的陶瓷腔体材料集中于氧化钇陶瓷，考虑到价格因素，往往会在其它陶瓷基体上喷涂Y2O3涂层来达到目的。
刻蚀机的视窗镜对材料透光率、耐刻蚀性要求较高。开始采用的是石英玻璃材料，但容易被腐蚀得模糊不清，之后被Al2O3材料替代。但是随着含氟等离子体的应用，Al2O3的耐腐蚀性能也逐渐满足不了批量生产的需求，因为Al2O3中的Al与氟离子反应会生成Al–F化合物，然后沉积结晶形成颗粒杂质，容易污染晶圆。Y2O3透明陶瓷在含氟等离子体中表现出非常好的耐腐蚀性能得到了极大的关注。
蓝宝石（单晶氧化铝）
蓝宝石是一种氧化铝单晶材料，莫氏硬度为9，处于非常高的硬度水平。蓝宝石晶片在常温条件下具有较好的抗压性，其抗压强度约为抗拉强度的10倍，杨氏弹性模数为一般钢材的2倍，蓝宝石具有非常稳定的化学性质，有较好的耐酸碱腐蚀性，此外还表现出非常优异的热传导性、电气绝缘性、透光性。
在半导体制程中，蓝宝石凭借优异的性能，可用于需要透光的窗户、晶圆载板和等离子体引入管等。例如芯片封装对散热要求高及有透光需求，蓝宝石基板可有效解决芯片过热问题，提升封装性能和可靠性；因具有高透光率，蓝宝石管应用于半导体设备中，对等离子体和腐蚀性气体的耐受性高，抑制设备内部的粉尘产生。
来源：京瓷蓝宝石产品
堇青石
在光刻机设备中，晶圆台、方镜等部件需在高速运动和高精度定位下保持纳米级热稳定性。为满足光刻精度要求，方镜材料的热膨胀性能至关重要，其在工作温度下热膨胀要实现近零膨胀，同时也要具有较好的力学性能。传统的方镜材料，诸如微晶玻璃、石英玻璃以及ULE玻璃等已难以满足光刻机更高的精度要求。
堇青石陶瓷热膨胀系数较低，同时具有较低的介电常数、优异的抗热震性能、较高的弹性模量，可以有效抵制平台高速移动扫描过程中的变形，增加稳定性。在满足刚度条件的基础上，选择堇青石材料作为平台基板材料，所需的质量远远小于微晶玻璃和石英玻璃材料作为平台结构材料，从而实现轻量化需求。
除了应用于移动平台，堇青石陶瓷还可以应用于反射镜及掩膜版等。目前国际主流集成电路装备制造商，如荷兰ASML，日本NIKON、CANON等公司大量采用微晶玻璃、堇青石等材料制备光刻机反射镜。日本京瓷已开发出适用方镜的堇青石陶瓷。
压电陶瓷
在光刻机的制造与应用过程中，投影物镜的纳米级精细调节、曝光过程中掩模台/工件台的精确定位、光刻机的主动减振等方面都可能使用到压电驱动技术，从而保证光刻机的成像质量、分辨率与稳定性。其中，压电陶瓷材料以其无磁性干扰、定位分辨率高、发热量小等特点广泛用于光刻机投影物镜中像差补偿镜的定位执行器。目前商用的多层压电驱动器多采用固溶或掺杂改性后锆钛酸铅（PZT）基压电材料。
来源：
谭毅成：耐等离子体刻蚀钇基复合陶瓷的制备及其性能研究
中国粉体网、京瓷官网
（中国粉体网编辑整理/空青）
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