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静电卡盘,又称静电吸盘(ESC,Electrostatic-Chuck,E-Chuck),利用静电吸附作用实现抓取的末端夹具。在半导体领域,适用于在真空和等离子体的超洁净环境,吸附和抓取硅片和晶圆。
利用静电感应异性相吸的原理,静电卡盘又分为库仑类(Coulomb)和迥斯热背(JR/Johnsen-Rahbek),区别就在于所采用的电介质,是绝缘陶瓷,还是掺杂的导电陶瓷。
实际应用中的静电卡盘长这样:
静电卡盘中的陶瓷层,主要是以氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷作为主体材料,具有良好的导热性,耐磨性及高硬度。除了作为电介质的绝缘、导电和半导体属性外,主要还是看中陶瓷材料的散热性。
在芯片制造过程中,晶圆的散热性非常重要,在吸附、抓取、搬运过程中,通过静电卡盘散热和均热至关重要。氮化铝凭借其优良的导热性能和机械性能,替代氧化铝作为静电吸盘的电介质材料,是未来趋势。
相对来说,静电卡盘属于半导体零部件中的小众产品,市场规模不大,根据 QYResearch的数据,2021年全球静电卡盘市场销售额为17.14亿美元,预计2028年将达到 24.12亿美元。2021年,中国静电卡盘市场规模达到21.12亿元,2028 年将达到 34.81亿元。
好的一点是静电卡盘虽然是刻蚀、PVD、CVD核心设备的关键部件,但是属于消耗品,使用寿命一般不超过两年,因此静电卡盘具有较大的替换市场。
目前静电卡盘主要被国外厂商垄断,美国Applied Materials、美国Lam Research、日本SHINKO、日本TOTO、日本NTK等公司,国产厂商也在谋求替代,相关厂商参见本文开头的列表。