中國粉體網訊 在半導體產業鏈中，以先進陶瓷為代表的關鍵零部件是支撐半導體設備實現先進制造的重要載體，也是目前國產化替代的重要領域。同時，以碳化硅為代表的第三代半導體材料已展現出極其重要的戰略性應用價值，其中碳化硅單晶制備占據價值鏈核心位置。
4月25日，由中國粉體網主辦的“第三屆半導體行業用陶瓷材料技術研討會暨第三代半導體SiC晶體生長技術交流會”在江蘇蘇州隆重開幕，會議期間，我們邀請到眾多專家學者做客“對話”欄目，圍繞先進陶瓷在半導體行業的應用研究及碳化硅單晶生長技術及產業化進行了訪談交流。今天我們邀請到的是來自清華大學的潘偉教授。
粉體網：潘教授您好，請問您認為先進陶瓷在半導體行業中的應用，是否屬于新質生產力的體現？為什么？
潘教授：是新質生產力的體現。隨著近年來半導體行業的迅速發展，半導體制造對設備要求越來越高，半導體設備市場規模也越來越大，而且目前我們要求實現半導體設備的自主可控。在半導體設備中，需要使用大量的陶瓷零部件，這些部件是不可或缺的，特別是先進芯片制造設備中離不開陶瓷零部件，所以它對我們發展新的生產力是非常重要的。
粉體網：相比在其它行業中的應用，半導體行業用陶瓷材料的開發過程顯得更為漫長，且投入更加巨大，背后的原因是什么？
潘教授：首先它對原料的品質要求非常高，例如對純度、結晶度、粒度分布，以及零部件制造時的可成型性，可加工性等方面都有嚴格的要求。特別是在半導體制造的不同工藝中，對陶瓷材料的機械性能、電學性能、抗化學腐蝕性能、精度都有很苛刻的要求，這對于原材料的陶瓷粉體的性能是個考驗。另外后面的陶瓷零部件的成型、燒結以及精密加工等環節都是非常重要的，因為在芯片生產中，一般要求很高的清潔度，優異的機械和熱性能、很苛刻的耐腐蝕特性等，目前對我們來說仍有很多技術需要研究和攻克。就像剛才我介紹的靜電卡盤，它內部的結構非常復雜，而且非常精細，所以它的整個研發過程面臨著很大的挑戰。
粉體網：潘教授，靜電卡盤的工作原理是什么，它在半導體行業中承擔著怎樣的重要角色？
潘教授：靜電卡盤實際上是一個固定晶圓片的很重要的工具。簡單來說，它是在靜電卡盤里面的電極層和被加工的晶圓片之間施加一個靜電場進而產生一個靜電力使得晶圓片能夠穩定的牢牢的固定在靜電卡盤上。
目前靜電卡盤大致分兩個類型，一種是庫侖型，它相當于在晶圓片和電極之間有一個電介質陶瓷，形成一個類似電容器。在等離子刻蝕環境下用這種庫侖型的相對比較多。
另外就是J-R型，J-R型使用的陶瓷材料電阻率和庫侖型相比要略低一些。所以電荷在電場作用下，可以移動到卡盤的表面，與在晶圓片上被感應出來的相反電荷之間的距離更近，產生的靜電力會更大，對晶圓片的加持力會更大一些，它在CVD、PVD等工藝中被大量應用。
這兩種靜電卡盤原理略有不同，我們稱之為庫侖型和J-R型，它們在制造過程中，整個卡盤的設計、生產工藝都有很大的區別。
粉體網：潘教授，與其他材料相比，陶瓷材料制造的靜電卡盤具有哪些優勢？
潘教授：首先陶瓷材料一般具有優異的機械與熱性能，電學性能和耐腐蝕性能。在靜電卡盤中不可或缺的。有些靜電卡盤從基座到整個工作層都是陶瓷材料，中間的電極和加熱材料是金屬的，它是通過一個多層技術實現的。有些靜電卡盤的基座是金屬材料的。還有一類是在鋁合金基體上面噴一層陶瓷絕緣層。從工作原理上來說，無論哪種靜電卡盤都是離不開陶瓷材料的。
粉體網：潘教授，制造靜電卡盤的技術難點有哪些？
潘教授：它的結構比較復雜，特別是這個多層結構對成型和燒結是個挑戰。首先它內部有電極層，甚至有一些靜電卡盤需要有加熱功能，這個內部加熱電極層的設計也是非常重要的；它還要求靜電卡盤對晶圓片的加持力非常均勻，同時它的溫場也要非常均勻，從設計到制造都帶來很大的挑戰。
制造上的挑戰也非常大。它要求結構非常精密，雖然靜電卡盤的厚度不是很高，但是內部有很多的功能層，層厚等很多方面都很精細，燒結過程的多層金屬、陶瓷共燒技術，高精度加工技術要求非常高。而且靜電卡盤的表面還要進行凸點設計和制造，這里也有很高的技術難度。
粉體網：目前靜電卡盤行業競爭格局如何？國內發展現狀如何？
潘教授：目前在國外，主要集中在日本、美國，歐洲也有一部分公司在制造各種靜電卡盤。他們的技術相對比較成熟一些，同時他們現在也在不斷的研發一些性能更好的靜電卡盤。從目前的市場和研發來說，國外靜電卡盤競爭格局大致是比較穩定的。而對中國來說，我們這幾年剛剛起步，我們是加入到這個賽道里面的新成員。所以對于我們來說，無論從研發，還是生產加工制備過程中，都面臨著非常大的挑戰。特別是我們要擠到這個市場里面去，使得我們的產品性能接近甚至取代國外同類產品的話，目前難度還是非常大的。
粉體網：好的，感謝您接受我們的采訪，謝謝。
（中國粉體網編輯整理/山川）
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