中國粉體網(wǎng)訊  靜電卡盤又稱為靜電吸盤（ESC），在半導體設備中價值比較高的部件之一，是一種半導體工藝中的硅片夾持工具，利用靜電吸附原理來固定硅片。

靜電卡盤結(jié)構(gòu)示意圖

來源：Shinko官網(wǎng)，光大證券研究所

目前，靜電吸盤廣泛應用于集成電路制造工藝中，特別是刻蝕、PVD、CVD等核心工藝中。

靜電吸盤按照主體材質(zhì)劃分，可分為氧化鋁陶瓷和氮化鋁陶瓷（一般應用于靜電吸盤、加熱器）兩大類。陶瓷材料具有良好的導熱性，耐磨性及高硬度，且對比金屬材料在電絕緣性方面有著先天的優(yōu)勢。氧化鋁材料熱導率及相關機械性能均不及氮化鋁陶瓷，在半導體加工中，對硅片的溫度控制相當重要，如果無法保證硅片表面的均溫，則在對硅片的加工過程中將無法確保加工的均勻性，加工精度將受到極大的影響，因此行業(yè)內(nèi)目前均以氮化鋁陶瓷作為靜電吸盤的最優(yōu)制造材料。

作為離子注入、刻蝕等關鍵制程核心零部件之一，為滿足在高真空等離子體或特氣環(huán)境中起到對晶圓的夾持和溫度控制等作用的需要，需加入其他導電物質(zhì)使得 ESC總體電阻率滿足功能性要求，還需在較低的燒結(jié)溫度下實現(xiàn)納米級陶瓷粉體快速致密化，靜電吸盤表面處理后還要達到0.01微米左右的涂層，才能制備出致密性高、晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、體電阻率分布均勻且符合靜電卡盤使用特性的專用陶瓷材料。因此，ESC的制造需要對材料的導熱性，耐磨性及硬度指標非常了解，對精密機加工和表面處理技術要求也很高。

從技術角度看，除所承載晶圓規(guī)格尺寸逐步增大之外，靜電卡盤的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為溫度均勻性控制需求提升，即分區(qū)溫控溫區(qū)數(shù)量逐漸提高。2000年前后，分區(qū)溫控溫區(qū)數(shù)量一般為2區(qū)，2000年至2005年期間，分區(qū)溫控溫區(qū)數(shù)量一般為4區(qū)，而在現(xiàn)階段，已有超過100溫區(qū)的靜電卡盤產(chǎn)品被研發(fā)生產(chǎn)并投入實際應用。

靜電吸盤（ESC）行業(yè)的發(fā)展與半導體設備配套需求密切相關。近年來，隨著國家加大半導體領域的投入，我國半導體設備采購額逐年增加，推動了包括靜電吸盤（ESC）在內(nèi)的核心部件的采購量增長。此外，隨著中國大陸晶圓產(chǎn)能的建設和擴產(chǎn)，中國成為全球晶圓產(chǎn)能增長的重心，帶動國產(chǎn)半導體設備的需求增長，為國產(chǎn)靜電吸盤（ESC）的發(fā)展提供了良好的機遇。

而從市場競爭格局來看，全球靜電吸盤呈高度壟斷格局，主要被日本企業(yè)主導，即使是全球設備龍頭如應材、Lam、TEL等企業(yè)，同樣需要從日本企業(yè)采購大量靜電吸盤滿足全新設備及備件需求。全球半導體晶圓靜電吸盤的主要供應商包括SHINKO（新光電氣）、TOTO、NGK、京瓷等。

據(jù)QY Research數(shù)據(jù)，2017-2021年全球靜電卡盤市場銷售額從15.5億美元增長至17.1億美元CAGR2.5%。QYResearch預計2022-2028年全球靜電卡盤市場銷售額將由17.9億美元增長至24.1億美元，CAGR為5.1%。

靜電卡盤屬于半導體設備中耗材，目前靜電吸盤僅能通過向設備原廠或日本SHINKO、TOTO、NGK、京瓷等企業(yè)采購，疊加美國對中國部分企業(yè)的管理限制，難說可能國內(nèi)各Fab隨時會被列入“實體清單”，以及近期日本對華新增的尖端半導體生產(chǎn)設備出口管制政令，靜電吸盤的國產(chǎn)化已經(jīng)迫在眉睫。

我國靜電卡盤行業(yè)發(fā)展時間較短，尚處于起步階段，但也有不少企業(yè)實現(xiàn)階段性成果，如華卓精科、海拓創(chuàng)新、君原電子、珂瑪材料等。但這遠遠不夠，距離國外先進水平還有一定的差距。而靜電吸盤的研發(fā)及生產(chǎn)除了如結(jié)構(gòu)設計、加工精度、顆粒物控制等幾點外，還需要注意以下幾個難點：

粉體開發(fā)

目前行業(yè)內(nèi)均以氮化鋁陶瓷作為靜電卡盤的最優(yōu)制造材料，氮化鋁原材料需要從粉體燒制成圓盤樣式，再進行后加工。但粉體便成了難倒各路研發(fā)企業(yè)的第一道難關，高純度的氮化鋁粉體的制備仍然有較多困難。

燒結(jié)工藝

據(jù)了解，日本NGK在燒結(jié)過程中，可以將粉體燒結(jié)過程中的收縮率控制在10%左右，而國內(nèi)絕大部分廠家燒結(jié)的收縮率大于等于20%，遠高于國際一流水平。

加工工藝

由于靜電吸盤一般是一次燒結(jié)成型的，后續(xù)可以進行表面處理等加工，但主體結(jié)構(gòu)無法再調(diào)整。因此對于需要加熱和控溫的靜電吸盤，怎樣在燒結(jié)過程中將電極和吸盤主體燒制在一起，以及燒制過程中不會產(chǎn)生其他雜質(zhì)和殘留，同時保證表面的平整度。

靜電卡盤是一個需要投入大量人力物力去研發(fā)和攻克的半導體核心零部件，非一日之功。2024年4月25日，中國粉體網(wǎng)將在江蘇蘇州舉辦“第三屆半導體行業(yè)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”，屆時，清華大學潘偉教授將帶來題為《靜電卡盤—半導體設備關鍵陶瓷零部件原理、結(jié)構(gòu)與性能》的報告，講述半導體設備關鍵陶瓷零部件靜電卡盤的發(fā)展之路。

來源：

半導體設備資訊站：ESC-Electrostatic Chuck 靜電吸盤

安信證券：半導體行業(yè)研究：設備國產(chǎn)化關鍵環(huán)節(jié)，半導體零部件藍海啟航

山云資本：半導體核心零部件必攻克的一關：靜電吸盤丨半導體小組

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（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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