碳化硅陶瓷在光刻机上的应用

  碳化硅陶瓷具有高的弹性模量和比刚度，不易变形，并且具有较高的导热系数和低的热膨胀系数，耐热性高，因此碳化硅陶瓷是一种优良的结构材料，目前已经大范围的应用于航空、航天、石油化学工业、机械制造、核工业、微电子工业等领域。

  但是，由于碳化硅是Si—C键很强的共价键化合物，具有极高的硬度和显著的脆性，精密加工难度大；此外，碳化硅熔点高，难以实现致密、近净尺寸烧结。因此，大尺寸、复杂异形中空结构的精密碳化硅结构件的制备难度较高，限制了碳化硅陶瓷在诸如集成电路这类的高端装备制造领域中的广泛应用。目前只有少数几个发达国家的少数企业成功地将碳化硅陶瓷材料应用于集成电路制造关键装备中，如光刻机用碳化硅工件台、导轨、反射镜、陶瓷吸盘、手臂等。

  光刻机中工件台主要负责完成曝光运动，要求实现高速、大行程、六自由度的纳米级超精密运动，如对于100nm分辨率、套刻精度为33nm和线nm的光刻机，其工件台定位精度要求达到10nm，掩模硅片同时步进和扫描速度分别达到150nm/s和120nm/s，掩模扫描速度接近500nm/s，并且要求工件台有很高的运动精度和平稳性。故需满足以下要求：

  (1)高度轻量化：为降低运动惯量，减轻电机负载，提高运动效率、定位精度和稳定能力，结构件普遍采用轻量化结构设计，其轻量化率为60%~80%，最高可达到90%；

  (2)高形位精度：为实现高精度运动和定位，要求结构件具有极高的形位精度，平面度、平行度、垂直度要求小于1μm，形位精度要求小于5μm；

  (3)高尺寸稳定性：为实现高精度运动和定位，要求结构件具有极高的尺寸稳定性，不易产生应变，且导热系数高、热线胀系数低，不易产生大的尺寸变形；

  (4)清洁无污染：要求结构件具有极低的摩擦系数，运动过程中动能损失小，且无磨削颗粒的污染。

  光刻机等集成电路关键装备中的核心部件具有形状复杂、外观尺寸复杂以及中空轻量化结构等特点，制备此类碳化硅陶瓷零部件难度较大。目前国际主流集成电路装备制造商，大量采用微晶玻璃、堇青石等材料制备光刻机核心部件——方镜，而采用碳化硅陶瓷制备其他简单形状的高性能结构部件。中国建筑材料科学研究总院的专家们却采用专有制备技术，实现了大尺寸、复杂形状、高度轻量化、全封闭光刻机用碳化硅陶瓷方镜及其他结构功能光学零部件的制备。

  碳化硅陶瓷硬度高，材料的脆性较大，加工时有可能会出现崩边、碎裂等情况。通常加工陶瓷件都是使用专用的陶瓷精雕机加工，可以轻松又有效的减少成本，达到高精密加工。鑫腾辉数控自研了一款陶瓷加工专用的陶瓷雕铣机，防护性能好、加工精度高。陶瓷雕铣机加强了机床的刚性，加工时产生的振动可降至最小，保证精度的同时也能提高加工效率，而且防护性能针对陶瓷粉末进行了加强，可以完全杜绝粉末对机床的损伤。鑫腾辉数控也能够给大家提供陶瓷加工技术，拥有一支技术非常精湛的CNC加工、磨削团队，精密零部件研发定制加工等。