從馬桶跨足晶片！TOTO 靠陶瓷專業掌握半導體製造關鍵

日本最大馬桶製造商 TOTO 主要以馬桶和衛浴設備聞名，而該公司在陶瓷材料的專業知識也可應用在半導體製造中。

據日經報導，TOTO 與半導體的關係可追溯至 1980 年代，當時 TOTO 為半導體產業開發高性能精密陶瓷。然而，該業務多年無利可圖，但隨著半導體市場近年蓬勃發展，其營運利潤在 2022 財政年度大躍升。目前 TOTO 也積極利用陶瓷材料，廣泛應用在先進晶片生產。

TOTO 用於晶片製造設備的主要產品是「靜電吸盤」（Electrostatic Chucks，或稱 e-chucks、ESC），可在電路蝕刻過程中固定矽晶圓，同時維持整個晶圓的溫度分佈均勻。設備內部會產生等離子體，創造出 TOTO 所形容類似閃電的環境。

（Source：TOTO）

名古屋大學低溫等離子體科學中心教授 Makoto Sekine 表示，製造先進記憶體可能需要在單一晶片上堆疊超過100 層的記憶體單元（cell），隨著製程環境變更嚴苛，電子晶片需要更耐用。

靜電吸盤（ESC）是什麼？原理是什麼？

靜電吸盤（ESC）是利用「靜電的力量」吸附對象物的一種裝置。

（Source：Creative Technology Corporation）

在現代半導體製造中，靜電吸盤透過靜電力來固定矽晶圓或其他基板，取代傳統的機械夾具或真空吸附方法。這也是晶片製造中多個關鍵步驟的重要零組件，包括極紫外光（EUV）微影、電漿蝕刻、化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）及其他需要精準固定晶圓並確保最小污染的製程。

傳統上，靜電吸盤主要應用於 CVD、PVD 及電漿蝕刻，但並未用於深紫外光（DUV）微影，因為 DUV 微影是在常壓或浸沒式液體環境下進行，透過晶圓下方的真空系統可維持晶圓的平整度與定位，與 EUV 微影則有所不同。

EUV 微影技術使用極短的 13.5nm 波長，且必須在高真空環境下運行，避免 EUV 光吸收，晶片製造商選擇靜電吸盤取代真空吸盤，因為靜電吸盤更適用於這種環境。此外，靜電吸盤能提供更穩定的夾持力，降低變形程度，提升圖層對準（Overlay）及臨界尺寸（Critical Dimension，CD）控制的精度。

（Source：Creative Technology Corporation）

TOTO 如何改進靜電吸盤技術？

然而，處理一個晶圓、製造一個晶片需要超過 4,000 個步驟，加上 EUV 重要性不斷增加，ESC 的使用率一直上升，也帶動 TOTO 的營收和利潤。

以技術來說，ESC 所使用的高性能陶瓷雖然堅硬，但容易變脆，必須兼具強度與抗裂性，而 TOTO 運用長年製造廁所需的成型與燒成技術，可以製造出抗裂的均質材料。

為了鞏固自身地位，TOTO 在製造方面投入了大量資金。2020 年，該公司斥資 118 億日圓在日本大分興建陶瓷生產設施。在 2020 年 4 月到 2024 年 4 月期間，該公司的陶瓷生產員工增加了約 20%。根據 TOTO 總裁 Noriaki Kiyota 去年 10 月電話會議的說法，正在考慮新工廠的計畫。

值得注意的是，陶瓷靜電吸盤是半導體晶圓製造設備的關鍵零組件，目前主要市場仍掌握在日本陶瓷綜合製造商（NTK CERATEC）、TOTO、京瓷、日本碍子、新光電氣（Shinko Electric Industries）等企業手中（表格詳見連結）。