中国粉体网讯 静电卡盘又称为静电吸盘（ESC），在半导体设备中价值比较高的部件之一，是一种半导体工艺中的硅片夹持工具，利用静电吸附原理来固定硅片。
静电卡盘结构示意图
来源：Shinko官网，光大证券研究所
目前，静电吸盘广泛应用于集成电路制造工艺中，特别是刻蚀、PVD、CVD等核心工艺中。
静电吸盘按照主体材质划分，可分为氧化铝陶瓷和氮化铝陶瓷（一般应用于静电吸盘、加热器）两大类。陶瓷材料具有良好的导热性，耐磨性及高硬度，且对比金属材料在电绝缘性方面有着先天的优势。氧化铝材料热导率及相关机械性能均不及氮化铝陶瓷，在半导体加工中，对硅片的温度控制相当重要，如果无法保证硅片表面的均温，则在对硅片的加工过程中将无法确保加工的均匀性，加工精度将受到极大的影响，因此行业内目前均以氮化铝陶瓷作为静电吸盘的最优制造材料。
作为离子注入、刻蚀等关键制程核心零部件之一，为满足在高真空等离子体或特气环境中起到对晶圆的夹持和温度控制等作用的需要，需加入其他导电物质使得 ESC总体电阻率满足功能性要求，还需在较低的烧结温度下实现纳米级陶瓷粉体快速致密化，静电吸盘表面处理后还要达到0.01微米左右的涂层，才能制备出致密性高、晶体结构稳定、体电阻率分布均匀且符合静电卡盘使用特性的专用陶瓷材料。因此，ESC的制造需要对材料的导热性，耐磨性及硬度指标非常了解，对精密机加工和表面处理技术要求也很高。
从技术角度看，除所承载晶圆规格尺寸逐步增大之外，静电卡盘的发展趋势主要表现为温度均匀性控制需求提升，即分区温控温区数量逐渐提高。2000年前后，分区温控温区数量一般为2区，2000年至2005年期间，分区温控温区数量一般为4区，而在现阶段，已有超过100温区的静电卡盘产品被研发生产并投入实际应用。
静电吸盘（ESC）行业的发展与半导体设备配套需求密切相关。近年来，随着国家加大半导体领域的投入，我国半导体设备采购额逐年增加，推动了包括静电吸盘（ESC）在内的核心部件的采购量增长。此外，随着中国大陆晶圆产能的建设和扩产，中国成为全球晶圆产能增长的重心，带动国产半导体设备的需求增长，为国产静电吸盘（ESC）的发展提供了良好的机遇。
而从市场竞争格局来看，全球静电吸盘呈高度垄断格局，主要被日本企业主导，即使是全球设备龙头如应材、Lam、TEL等企业，同样需要从日本企业采购大量静电吸盘满足全新设备及备件需求。全球半导体晶圆静电吸盘的主要供应商包括SHINKO（新光电气）、TOTO、NGK、京瓷等。
据QY Research数据，2017-2021年全球静电卡盘市场销售额从15.5亿美元增长至17.1亿美元CAGR2.5%。QYResearch预计2022-2028年全球静电卡盘市场销售额将由17.9亿美元增长至24.1亿美元，CAGR为5.1%。
静电卡盘属于半导体设备中耗材，目前静电吸盘仅能通过向设备原厂或日本SHINKO、TOTO、NGK、京瓷等企业采购，叠加美国对中国部分企业的管理限制，难说可能国内各Fab随时会被列入“实体清单”，以及近期日本对华新增的尖端半导体生产设备出口管制政令，静电吸盘的国产化已经迫在眉睫。
我国静电卡盘行业发展时间较短，尚处于起步阶段，但也有不少企业实现阶段性成果，如华卓精科、海拓创新、君原电子、珂玛材料等。但这远远不够，距离国外先进水平还有一定的差距。而静电吸盘的研发及生产除了如结构设计、加工精度、颗粒物控制等几点外，还需要注意以下几个难点：
粉体开发
目前行业内均以氮化铝陶瓷作为静电卡盘的最优制造材料，氮化铝原材料需要从粉体烧制成圆盘样式，再进行后加工。但粉体便成了难倒各路研发企业的第一道难关，高纯度的氮化铝粉体的制备仍然有较多困难。
烧结工艺
据了解，日本NGK在烧结过程中，可以将粉体烧结过程中的收缩率控制在10%左右，而国内绝大部分厂家烧结的收缩率大于等于20%，远高于国际一流水平。
加工工艺
由于静电吸盘一般是一次烧结成型的，后续可以进行表面处理等加工，但主体结构无法再调整。因此对于需要加热和控温的静电吸盘，怎样在烧结过程中将电极和吸盘主体烧制在一起，以及烧制过程中不会产生其他杂质和残留，同时保证表面的平整度。
静电卡盘是一个需要投入大量人力物力去研发和攻克的半导体核心零部件，非一日之功。2024年4月25日，中国粉体网将在江苏苏州举办“第三届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会暨第三代半导体SiC晶体生长技术交流会”，届时，清华大学潘伟教授将带来题为《静电卡盘—半导体设备关键陶瓷零部件原理、结构与性能》的报告，讲述半导体设备关键陶瓷零部件静电卡盘的发展之路。
来源：
半导体设备资讯站：ESC-Electrostatic Chuck 静电吸盘
安信证券：半导体行业研究：设备国产化关键环节，半导体零部件蓝海启航
山云资本：半导体核心零部件必攻克的一关：静电吸盘丨半导体小组
粉体网
（中国粉体网编辑整理/空青）
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