一、半导体零部件陶瓷件介绍
陶瓷材料是一类重要的复合材料体系，主要由氧化铝（Al₂O₃）、氮化硅（Si₃N₄）和氧化锆（ZrO₂）等化合物构成。通过精确的配方设计与组分调控，可实现对材料性能的精准控制。
在半导体设备制造中，陶瓷材料广泛应用于机械密封环（如碳化硅陶瓷）、绝缘支撑构件（如氮化铝陶瓷）以及耐磨衬套（如氧化锆陶瓷）等关键部件。高端陶瓷生产需严格遵循ASTM F2091等国际标准。
图片来源：京瓷官网
先进陶瓷的三大技术要求
半导体设备对先进陶瓷零部件的应用提出以下三方面严苛要求：
1. 材料性能指标：需满足高强度、耐高温、优异介电性能及强耐腐蚀性（包括酸碱环境和等离子体条件）；
2. 精密加工技术：陶瓷属于硬脆难加工材料，而半导体设备对尺寸精度与表面质量要求极高，加工工艺是产业化应用的关键瓶颈；
3. 表面处理工艺：因陶瓷件常处于晶圆加工核心区域，部分直接接触晶圆，必须严格控制金属离子浓度与微颗粒污染，表面处理成为决定适用性的核心环节。
二、主要陶瓷材料及其应用
半导体设备常用陶瓷材料包括氧化铝、氮化硅、氮化铝和碳化硅等，其中精密陶瓷组件约占设备总价值的16%。这些先进陶瓷具备高硬度、耐磨、耐腐蚀、低热膨胀系数和高绝缘性，适用于高温、强腐蚀和高精度工况。
其优势主要体现在：
- 耐等离子体腐蚀：在刻蚀和CVD设备中，陶瓷件（如聚焦环、腔体衬里）长期暴露于含氟或氯等离子体环境，化学惰性优于金属材料；
- 热稳定性好：碳化硅具有高热导率与低热膨胀系数，适用于光刻机工件台等纳米级精度部件；
- 洁净度高：如氧化铝真空吸盘可有效防止金属颗粒污染，保障制程纯净。
主要陶瓷材料及典型应用
碳化硅（SiC）
CVD碳化硅因其对含氟/氯刻蚀气体反应性低、导电性良好，成为等离子体刻蚀设备聚焦环的理想材料。据QY Research数据，2022年全球CVD碳化硅零部件市场规模达8.13亿美元，预计2028年将增至14.32亿美元，年复合增长率10.61%。
主要应用：
- 研磨盘：较传统金属盘显著降低晶圆损伤，提升研磨效率；
- 反应腔部件：如立式舟、隔热挡板，用于氧化炉、快速退火设备等高温工艺；
- 光刻机部件：工件台与陶瓷方镜，凭借轻量化与高稳定性应用于精密运动系统；
- 刻蚀设备：聚焦环、气体喷淋头等耐等离子体腐蚀的关键部件。
氧化铝（Al₂O₃）
来源：国际精密陶瓷
- 刻蚀机防护：高纯氧化铝涂层或块体用于腔体内衬，延长设备寿命；
- 静电吸盘（ESC）：基于库仑力吸附晶圆，性价比高，为当前主流材料，但正逐步被氮化铝替代；
- 机械臂与喷嘴：用于晶圆搬运和等离子清洗设备，满足高耐磨、耐腐蚀要求。
氮化铝（AlN）
新型陶瓷 AlN粉末与基片
高品质氮化铝粉体是制备高导热陶瓷基板的前提。目前高端AlN粉体制备技术主要由日本、美国、德国垄断，占据全球90%市场份额，代表企业包括日本德山、东洋铝业等。
- 静电吸盘：相比氧化铝，氮化铝导热性能更优，有助于提升晶圆温度控制精度，但成本较高，主要用于高端领域；
- 散热部件：作为射频电源模块等高功率设备的散热基板，发挥其高导热特性。
氮化硅（Si₃N₄）
氮化硅陶瓷基板，来源：东芝材料
- 轴承与导轨：凭借高强度与抗热冲击性能，广泛应用于光刻机和刻蚀机的精密运动系统。
三、半导体陶瓷制品市场分析
根据恒州博智（QYResearch）最新数据，2024年全球半导体陶瓷及关键材料市场规模约为27.66亿美元，预计到2031年将增长至42.57亿美元，2025–2031年复合增长率（CAGR）为6.8%。
当前全球市场规模约180亿元人民币，其中高端产品（如陶瓷加热器、静电卡盘）国产化率不足10%，市场主要由日本京瓷（Kyocera）、美国CoorsTek等企业主导。
日本企业在全球市场占比超50%，京瓷、NGK、Ferrotec、TOTO、Niterra、JFC等在碳化硅光刻机工件台等领域技术领先；美国CoorsTek在耐腐蚀陶瓷涂层方面具备优势。
国内企业（如珂玛科技）虽在部分产品线上接近国际水平，但在大尺寸、复杂结构部件方面仍依赖进口。半导体陶瓷作为设备性能的核心保障材料，国产化进程面临技术壁垒与市场垄断双重挑战。未来需通过材料创新、工艺升级和产业链协同，突破高端市场，实现关键材料自主可控。