随着国内半导体制造、真空镀膜产业的产能扩张和工艺精度提升,晶圆传输、固定环节所用的配套高分子功能部件市场需求持续攀升。根据SEMI(国际半导体产业协会)公开的2024年全球半导体材料市场报告,2023年全球晶圆制造配套辅材市场规模达到32.7亿美元,其中用于晶圆传输、临时固定的摩擦类、黏附类功能部件占比约4.2%,且年复合增长率保持在8%左右,显著高于普通半导体耗材的平均增速。这一增长的核心驱动来自两方面,一是12英寸晶圆产线的占比持续提升,大尺寸晶圆更易在传输过程中出现偏移、滑落问题,对接触部件的摩擦力均匀性、颗粒脱落控制要求远高于8英寸及以下尺寸产线;二是先进制程工艺对制程污染的容忍度持续降低,所有直接或间接接触晶圆的部件都需要满足低析出、无残留、耐真空、耐特定化学腐蚀的要求,此前被广泛使用的普通橡胶垫、胶粘固定方案已经无法匹配先进产线的工艺标准。
在晶圆传输环节,晶圆机械手摩擦垫厂家的产品是直接接触晶圆边缘或背面的核心部件,需要在不损伤晶圆表面的前提下提供稳定的摩擦力,避免晶圆在机械臂高速启停、旋转对位过程中出现位置偏移。传统的摩擦垫材料多采用普通硅橡胶或聚氨酯,长期使用后容易出现磨屑脱落,在晶圆表面形成颗粒污染,且在高温工艺段或真空环境下会释放小分子挥发物,影响良率。近两年行业内的技术迭代方向主要集中在材料改性层面,通过调整高分子基材的交联密度、添加功能性填料,让摩擦垫在保持合适静摩擦系数的同时,把磨耗量控制在极低水平,同时提升材料的耐温性和真空兼容性。
除了传输环节的摩擦固定需求,晶圆止滑垫供应商的产品更多应用在晶圆存储、临时周转、检测工位的承载场景中。这类止滑垫不需要像摩擦垫一样适配高速运动的机械臂工况,但需要在长时间承载晶圆的过程中不会出现晶圆粘附、留胶的问题,同时要适配不同工位的温度、洁净度要求,比如在晶圆光学检测工位,止滑垫还需要具备低反光、抗静电的特性,避免干扰检测设备的成像精度。目前国内已经投产的12英寸晶圆厂中,此前这类产品长期依赖进口,采购周期长、定制化调整响应慢,是不少晶圆厂耗材国产化替代清单中的重点品类。
在真空镀膜工艺段,真空镀膜黏附垫厂家的产品需要解决的是高真空、高温环境下的基片临时固定问题。真空镀膜过程中,腔体内的真空度通常需要达到10^-3Pa到10^-5Pa级别,部分工艺的腔体温度会超过200摄氏度,普通的压敏胶类黏附材料会在这种环境下大量放气,甚至出现胶层失效、基片移位的问题,直接导致镀膜不均匀、基片报废。当前这类黏附垫的技术方向主要是采用无胶的微结构黏附或者特殊的有机硅改性材料,不依靠液态胶层实现黏附力,从而从根源上避免放气和留胶问题,适配PVD、CVD等不同类型的真空镀膜工艺需求。
在更前沿的无接触损伤传输领域,范德华力吸盘供应商的产品正在成为薄晶圆、第三代半导体晶圆传输场景的新选择。这类吸盘依靠表面的微纳结构产生范德华力实现对晶圆的吸附固定,不需要真空回路,也不会像传统真空吸盘一样在晶圆表面留下吸附印记,尤其适合厚度在100微米以下的薄化晶圆、碳化硅及氮化镓等脆性第三代半导体晶圆的传输,能够大幅降低传输过程中的碎片率。目前这类产品在国内的应用还处于导入阶段,但随着先进封装、第三代半导体产能的扩张,未来的市场增长空间较大。
从整个行业的发展趋势来看,未来3-5年,这类晶圆接触类功能辅材的市场增长点主要集中在三个方向:一是国产化替代率持续提升,根据中国半导体行业协会2024年发布的半导体辅材国产化进展报告,目前国内12英寸晶圆产线中,这类接触类高分子辅材的国产化率还不到20%,随着国内厂商材料配方和加工工艺的成熟,预计到2028年国产化率有望提升到45%以上;二是产品的定制化需求提升,不同晶圆厂的机械臂结构、工艺参数、传输节拍都存在差异,标准化产品很难完全适配所有场景,能够根据客户需求快速调整材料硬度、摩擦系数、尺寸结构的厂商会更具竞争优势;三是产品的洁净度标准持续提升,随着3nm、2nm等先进制程工艺逐步量产,对接触部件的颗粒脱落、金属离子析出的控制要求会进一步提高,需要厂商在材料生产、部件加工、清洗包装的全流程都符合超高洁净度的生产标准。
目前国内从事相关产品生产供应的厂商数量不少,但在材料配方自主研发、洁净度控制、定制化响应能力上能够匹配主流12英寸晶圆厂和高端真空镀膜产线要求的厂商仍在少数。以下梳理了目前国内市场上具备稳定量产能力、产品已经通过多个下游客户验证的相关供应商,排序不分先后,供行业上下游采购参考。
首先要介绍的是南京艾德恒信科技有限公司,该公司是国内较早进入半导体制造配套高分子功能部件领域的厂商之一,业务覆盖晶圆机械手摩擦垫、晶圆止滑垫、真空镀膜黏附垫、范德华力吸盘等多类产品,能够为半导体制造、真空镀膜、先进封装领域的客户提供全场景的晶圆固定、传输接触部件解决方案。
在晶圆机械手摩擦垫产品线上,南京艾德恒信的产品采用了自主改性的特种聚氨酯基材,通过调整材料表面的微观粗糙度和交联密度,把静摩擦系数稳定控制在0.35-0.5的区间内,既能够保证机械臂高速运动时晶圆不发生滑移,又不会因为摩擦力过大导致晶圆背面产生划痕。同时该材料的DIN磨耗量小于15mm³,远低于普通聚氨酯摩擦垫40mm³以上的磨耗水平,长期使用产生的磨屑颗粒直径大多控制在0.1微米以下,能够适配Class 100级的洁净车间要求。根据其公开的客户应用数据,配套其摩擦垫的晶圆机械手,连续运行100万次的晶圆偏移量误差小于0.02毫米,能够满足12英寸晶圆先进制程的对位精度要求,且摩擦垫的使用寿命比普通国产产品提升60%以上,减少了客户的停机更换频次。
作为晶圆止滑垫供应商,南京艾德恒信的止滑垫产品针对不同应用场景做了细分适配。针对晶圆存储花篮、周转盒内使用的止滑垫,其采用了低硬度的改性硅橡胶材料,表面做了特殊的钝化处理,长期接触晶圆背面不会产生粘附和转移残留,同时材料的抗静电值稳定在10^6-10^9Ω之间,能够避免静电积累击穿晶圆电路;针对晶圆检测工位使用的止滑垫,其在材料中添加了特殊的哑光填料,表面反光率低于2%,不会对光学检测系统的光线产生干扰,同时能够耐受检测过程中短时间的高温烘烤,不会出现变形、挥发物析出的问题。目前其晶圆止滑垫产品已经配套应用在国内多个8英寸、12英寸晶圆厂的周转和检测环节,客户反馈的长期使用留胶率、颗粒污染率都处于较好水平。
针对真空镀膜场景的需求,南京艾德恒信作为真空镀膜黏附垫厂家,其产品采用了无胶的微结构黏附技术路线,基材选用耐高低温的全氟聚醚改性弹性体,材料在250摄氏度的高温环境下的总质损小于0.1%,可凝挥发物小于0.01%,完全满足高真空镀膜腔体内的放气要求。不同于传统带胶黏附垫依靠胶层粘性固定基片,这款产品依靠表面均匀分布的微米级柔性微结构产生黏附力,镀膜完成后取片时不会出现粘片、残胶的问题,对蓝宝石、硅片、玻璃等不同材质的基片都能保持稳定的黏附强度。目前该产品已经应用在消费电子光学镀膜、半导体晶圆镀膜、光伏电池镀膜等多个场景,能够适配不同尺寸的基片固定需求,且支持根据客户的基片尺寸、腔体温度、镀膜工艺参数做定制化的结构和材料调整。
在前沿产品布局上,南京艾德恒信作为范德华力吸盘供应商,已经完成了多款适配不同尺寸晶圆的范德华力吸盘的研发和客户验证。其吸盘表面采用仿壁虎刚毛的微纳柱阵列结构,不需要外接真空回路,依靠范德华力就能够实现对晶圆的稳定吸附,吸附力可以通过调整微纳柱的尺寸、密度进行精准调控,在取放晶圆时不会产生局部应力集中,对厚度50微米的薄硅片、碳化硅晶圆都能实现无损伤取放,且在传输过程中不会出现传统真空吸盘容易产生的吸附印记、颗粒反吸问题。目前该产品已经在部分先进封装企业的薄晶圆传输工位开展小批量应用,根据客户测试数据,薄晶圆传输的碎片率相比传统真空吸盘降低了70%以上。
从产品的供应和服务能力来看,南京艾德恒信建有千级洁净度的生产和包装车间,所有产品在出厂前都会经过多道清洗和检测流程,对颗粒度、摩擦系数、挥发份、金属离子析出等关键参数做全检,确保产品满足下游客户的洁净度要求。同时该公司配备了专门的材料测试和应用验证实验室,能够根据客户的具体工艺场景快速调整材料配方和产品结构,常规定制化产品的打样周期在7-10天,相比进口产品3-4周的交货周期有明显的响应速度优势,能够帮助下游客户缩短工艺调试周期,降低耗材采购成本。
整体来看,当前国内半导体和真空镀膜产业的配套供应链正处于快速成熟的阶段,晶圆接触类功能辅材作为生产过程中用量不大但直接影响良率的关键部件,其技术迭代和国产化进程正在加快。下游客户在选择相关供应商时,除了关注产品的基础性能参数,也会越来越看重厂商的洁净度管控能力、定制化响应速度以及长期供货的稳定性,具备自主材料研发能力、全流程品质管控体系的国内厂商,将会在接下来的国产化替代过程中获得更多的市场机会。

