集成电路产业(即IC产业)是关乎国家经济、政治和国防安全的战略产业，在IC产业中，集成电路制造装备具有极其重要的战略地位。以光刻

机为代表的集成电路关键装备是现代技术高度集成的产物，其设计和制造过程均能体现出包括材料科学与工程、机械加工等在内的诸多相

关科学领域的最高水平。例如，对于材料科学与工程学科而言，集成电路制造关键装备要求零部件材料具有轻质高强、高导热系数和

低热膨胀系数等特点，且致密均匀无缺陷；对于机械加工学科而言，集成电路制造关键装备则要求零部件具有极高的尺寸精度和尺寸

稳定性，以保证设备实现超精密运动和控制。

光刻机精密部件的首选材料--碳化硅陶瓷：

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，热稳定性高，因此碳化硅陶瓷是

一种优良的结构材料，目前已经广泛应用于航空、航天、石油化工、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。目前只有日本、美国等少数几个发达国家的少数企业(如日本的Kyocera、美国的CoorsTek等)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。

一般说来，光刻机用工件台结构件需满足以下要求：

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、定位精度和稳定性，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、热膨胀系数低，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。采用碳化硅作为光刻机等集成电路关键装备用

精密结构件材料具有极大的优势。但是传统的陶瓷制备工艺如注浆、干压等很难实现诸如光刻机

工作台这类复杂部件的制备。为此，中国建材总院研发出一系列成型、烧结技术，解决了采用碳化硅材料制作此类部件的国产化问题。

碳化硅陶瓷精密结构部件制备工艺：

采用碳化硅作为光刻机等集成电路关键装备用精密结构件材料具有极大的优势。但是传统的陶瓷制备工艺如注浆、干压等很难实现诸如

光刻机工作台这类复杂部件的制备。为此，中国建材总院研发出一系列成型、烧结技术，解决了采用碳化硅材料制作此类部件的国产化

问题。碳化硅陶瓷具有高强度、高硬度、高弹性模量、高比刚度、高导热系数、低热膨胀系数等优良性能，是一种理想的高性能结构材料，

中国建材总院在近净尺寸成型工艺--凝胶注模成型的基础上，开发出用于制备新型大尺寸、复杂形状、高精度碳化硅陶瓷部件的工艺技术。

首先分析陶瓷部件的结构特点，设计制造出简单或复杂的模具进行凝胶注模成型，制备陶瓷部件素坯；然后对陶瓷部件素坯进行精密加工，

提高陶瓷部件尺寸精度及表面光洁度；最后进行高温烧结得到制品。对于中空结构碳化硅陶瓷部件则采用粘结工艺将陶瓷素坯单体部件粘

结形成整体部件，然后放置到真空烧结炉中烧结得到所设计的碳化硅陶瓷部件。

碳化硅陶瓷部件制备工艺流程图：

该制备流程中的关键工艺包括凝胶注模成型工艺、陶瓷素坯加工工艺和陶瓷素坯连接工艺。其中，凝胶注成型工艺是制备碳化硅陶瓷部件的

基础，该工艺是一种精细的胶态成型工艺，可实现大尺寸、复杂结构坯体的高强度、高均匀性、近净尺寸成型，在特种陶瓷材料制备领域获

得了广泛的研究。陶瓷素坯加工工艺可以实现复杂形状陶瓷部件的快速、低成本、精密制造，有效提高陶瓷部件的尺寸精度及表面光洁度。

陶瓷素坯连接工艺则可以实现中空陶瓷部件的制备，主要采用陶瓷粘结剂将陶瓷单体部件进行连接获得整体中空部件。光刻机用碳化硅陶瓷

结构件产业格局目前全球集成电路制造装备支出达到500亿美元，其中陶瓷结构件占支出的20%以上。目前IC制造装备用高端碳化硅陶瓷零部

件70%被Kyocera、CoorsTek两家公司垄断，剩余部分也被欧美日企业所占据。Kyocera和CoorsTek产品的特点是种类齐全、市场覆盖面广，

以半导体用陶瓷组件为例，CoorsTek提供的精密陶瓷结构件涵盖了光刻机专用组件、等离子刻蚀设备专用组件、PVD/CVD专用组件、离子注入

设备专用组件、晶片吸附固定传输专用组件等一系列产品；Kyocera则提供光刻机、晶圆制造设备、刻蚀机、沉积设备(CVD、PVD)、液晶面板

(LCD)制造装备等专用的陶瓷零部件。随着我国半导体工业的蓬勃发展，市场对该类高端陶瓷结构件的需求会越来越大，碳化硅以其

优异的物理化学性能，在集成电路关键装备用结构件