Керамические компоненты из оксида алюминия: основной материал, движущий рынок полупроводникового оборудования
Компоненты из алюмооксидной керамики обладают превосходными свойствами, такими как высокая твёрдость, высокая механическая прочность, высокая износостойкость, высокая термостойкость, высокое электрическое сопротивление и хорошие электроизоляционные характеристики. Они отвечают высоким требованиям к производительности полупроводникового производства в особых условиях, таких как вакуум и высокие температуры, и играют незаменимую и важную роль в производственных линиях полупроводникового производства. Их применение охватывает практически всё оборудование для производства полупроводников, что делает их ключевыми компонентами этого оборудования. С непрерывным развитием полупроводниковой промышленности значение компонентов из алюмооксидной керамики в производственной цепочке будет становиться всё более заметным.
❶......Применение компонентов из оксида алюминия в области полупроводников
Алюмооксидная керамика — это тип керамического материала, основной кристаллической фазой которого является альфа-оксид алюминия (α-Al₂O₃). В зависимости от содержания оксида алюминия керамику можно разделить на две категории: высокочистую и обычную.
Характеристики алюмооксидной керамики улучшаются с увеличением содержания оксида алюминия; однако чем выше содержание оксида алюминия, тем сложнее процесс её изготовления. При применении алюмооксидной керамики в полупроводниковой промышленности к ней предъявляются чрезвычайно высокие требования к чистоте, обычно превышающей 99,5%.
В области полупроводников алюмооксидные керамические компоненты являются одними из ключевых компонентов полупроводникового оборудования. Большинство из них используется в камерах, расположенных ближе к пластине. По применению в полупроводниковом оборудовании они подразделяются на следующие категории: кольцевые и цилиндрические, с направляющими потоками газа, несущие и фиксирующие, с захватными прокладками и модульные.
Кольцевого и цилиндрического типа
В процессе травления, для уменьшения загрязнения пластин во время плазменного травления, в качестве защитных материалов для камер травления и облицовки камер выбирают покрытия из высокочистого оксида алюминия или алюмооксидную керамику с высокой коррозионной стойкостью.
Тип направления потока газа
В процессе плазменной очистки используются коррозионные газы, содержащие высокореакционноспособные галогены, такие как фторсодержащие и хлорсодержащие газы. Газовые сопла обычно изготавливаются из алюмооксидной керамики, которая должна обладать такими свойствами, как высокая плазмостойкость, диэлектрическая прочность и высокая коррозионная стойкость к технологическим газам и побочным продуктам. Кроме того, они имеют точную внутреннюю пористую структуру для точного управления потоком газа.
Несущий и фиксирующий тип
В процессе производства полупроводников пластины могут подвергаться высокотемпературной обработке, такой как травление и ионная имплантация. В качестве носителя для переноса пластин, пластины из оксида алюминия обеспечивают стабильность и безопасность пластин в процессе переноса. Пластины из оксида алюминия обладают хорошей теплопроводностью, что позволяет им эффективно рассеивать и отводить тепло, генерируемое пластинами, тем самым защищая их от теплового повреждения.
❷...... Глобальный статус разработки компонентов из оксида алюминия для полупроводниковой промышленности
Прецизионные керамические компоненты – это, в основном, основные компоненты полупроводникового оборудования, которые изготавливаются из современных керамических материалов, таких как оксид алюминия, нитрид алюминия и карбид кремния, методом прецизионной обработки. Среди них компоненты из оксида алюминия имеют наиболее широкую область применения и самый большой объём использования, занимая около 45% рынка прецизионных керамических компонентов.
❸......Тенденции развития компонентов из оксида алюминия в области полупроводниковой керамики
Производство компонентов из алюмооксидной керамики — высокотехнологичная отрасль. В таких высокотехнологичных областях, как производство полупроводников, предприятиям требуется не только долгосрочное накопление технологий, но и команда профессионалов с богатым производственным опытом и навыками эксплуатации оборудования.
Технологические инновации являются основной движущей силой широкого применения оксида алюминия в полупроводниковом оборудовании. По мере уменьшения размера элементов кристаллов полупроводниковое оборудование предъявляет более строгие требования к компонентам, с более высокими стандартами к их плотности, однородности, коррозионной стойкости и другим свойствам. В последние годы ученые в стране и за рубежом разработали ряд новых процессов для улучшения характеристик спекания алюмооксидных керамических материалов, что позволяет быстро уплотнять материалы при более низких температурах спекания. Эти процессы включают в себя самораспространяющееся высокотемпературное спекание, флэш-спекание, холодное спекание и спекание под осциллирующим давлением. Среди них холодное спекание усиливает перестройку и диффузию частиц за счет добавления к порошку переходного растворителя и приложения высокого давления (350–500 МПа), что позволяет керамическому порошку достигать уплотнения спеканием при более низкой температуре (120–300 °C) и за более короткое время.
Непрерывные НИОКР необходимы для того, чтобы идти в ногу с ритмом итерации и обновления рынка. В настоящее время глобальный процесс производства интегральных схем перешел на более передовой 3-нанометровый узел. Полупроводниковое оборудование и прецизионные компоненты для полупроводникового оборудования должны постоянно совершенствоваться в ходе НИОКР и производственных усовершенствований для удовлетворения производственных потребностей отраслей, расположенных ниже по цепочке. После модернизации или замены полупроводникового оборудования одновременно меняются и конкретные требования к компонентам в новом оборудовании. С развитием полупроводниковых технологий требования к эксплуатационным характеристикам компонентов из оксида алюминия становятся все более строгими, включая более высокую износостойкость, лучшую стойкость к высоким температурам и превосходную электроизоляцию. Отраслевая тенденция направлена на НИОКР материалов из порошка оксида алюминия с более высокой чистотой и более утонченной структурой, а также на внедрение передовых технологий подготовки.