[新聞] 從馬桶跨足晶片！TOTO 靠陶瓷專業掌握半導體製造關鍵

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林妤柔

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從馬桶跨足晶片！TOTO 靠陶瓷專業掌握半導體製造關鍵

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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布均勻。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。

https://imgur.com/HrOgBw8
（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。

https://imgur.com/hQaMxID
（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。

https://imgur.com/Cq91Cy6
（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）。

TOTO 首切半導體面臨重大障礙，透過馬桶技術找到問題
當 TOTO 最初進入半導體產業時，面臨重大挑戰。公司最早供應結構性零件，但銷售表現不佳。後來在靜電吸盤領域取得一定成功，但由於良率過低，導致產能無法滿足市場需求。最終，TOTO 透過其衛浴業務的技術經驗，成功找出了問題所在。

TOTO 曾使用高精密顯微鏡檢查馬桶表面，找出並修正微小瑕疵，防止污垢附著。當公司將相同技術應用於靜電吸盤時，發現零件上有化妝品粉末等異物顆粒，原來是當時大部分的生產工作仍依賴人工，加上無塵室標準較低，影響了產品品質。

目前 TOTO 將目光投向切割和封裝等下游製程，如 3D 堆疊技術要求基板材料採用新技術。TOTO 陶瓷業務企劃部經理 Junji Kameshima 指出，未來陶瓷將在下游製程設備中被應用到更多地方。

在 2024 財年，TOTO 預計其陶瓷部門的營業利潤將達到 200 億日圓（約1.3 億美元），營業利潤率接近 40%，遠高於公司整體 7% 預期。TOTO 目標是在 2026 財年達到 250 億日圓，並擴大產品組合以幫助穩定業務。

目前，TOTO 已將住宅設備業務和中國業務的利潤重新投資於陶瓷技術中，隨著日本住房市場萎縮、中國經濟放緩之際，AI、資料中心與電子設備需求激增，推動半導體業投資增加。總裁 Kiyota 也強調，即使有起有落，半導體產業毫無疑問會持續成倍成長。

Japan’s TOTO brings toilet manufacturing tech to chipmaking
From toilets to chips — Toto’s electrostatic chucks are becoming a crucial element of modern fabs
（首圖來源：TOTO）


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推 william8403: 不是TOTO的馬桶我可不上
→ soarling: 奈米馬桶
推 shokotan: 洗屁股也有AI高科技喔
推 neil0611: 原來e chuck 是TOTO做的
→ Atwo: 衛浴設備我只服TOTO
推 mvpdirk712: 味之素跨去做半導體薄膜也是滿有趣的
推 ebiebibbNOOB: 去日本玩看到TOTO就想拉屎
推 lastphil: 可以出自動清潔E-CHUCK嗎 就像沖水馬桶
噓 BBQ2591: 台積電也可以做馬桶啊
推 specman: 日本這些材料基礎真是強
推 a0952864901: TOTO頂規的馬桶一咖40萬 尊爵不凡
推 ILoveAMD: 日本很多公司科技樹往奇怪的地方長
推 and123698745: 每一個馬桶都是朋友