中國(guó)粉體網(wǎng)訊 氧化鋁陶瓷部件具有高硬度,、高機(jī)械強(qiáng)度,、超耐磨性、耐高溫,、電阻率大,、電絕緣性能好等優(yōu)異性能，能滿足真空,、高溫等特殊環(huán)境下的半導(dǎo)體制造復(fù)雜性能要求,，在半導(dǎo)體制造生產(chǎn)線上有著不可替代的重要作用，其應(yīng)用幾乎覆蓋所有半導(dǎo)體制造設(shè)備,，是半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵部件,。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，氧化鋁陶瓷部件在產(chǎn)業(yè)鏈的重要性將更加凸顯,。
用于半導(dǎo)體制程中的先進(jìn)陶瓷部件
氧化鋁陶瓷部件在半導(dǎo)體領(lǐng)域中的應(yīng)用
氧化鋁陶瓷是一種以α型三氧化二鋁（α-Al2O3）為主晶相的陶瓷材料,，根據(jù)氧化鋁含量不同可以分為高純型與普通型兩種。
氧化鋁陶瓷分類及應(yīng)用
氧化鋁陶瓷性能隨著氧化鋁含量增加而提高,，但氧化鋁含量越高,，制備越困難。氧化鋁陶瓷應(yīng)用在半導(dǎo)體領(lǐng)域時(shí)對(duì)純度要求很高,，一般大于99.5%,。
在半導(dǎo)體領(lǐng)域，氧化鋁陶瓷零部件是半導(dǎo)體設(shè)備關(guān)鍵零部件之一,，其大部分被用于離晶圓更近的腔室內(nèi),，在半導(dǎo)體設(shè)備中按用途分類，主要分為圓環(huán)圓筒類,、氣流導(dǎo)向類,、承重固定類,、手抓墊片類、模塊類等,。
圓環(huán)圓筒類
在刻蝕環(huán)節(jié),，為減少等離子刻蝕過程中對(duì)晶圓的污染，選用耐腐蝕性強(qiáng)的高純氧化鋁涂層或氧化鋁陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內(nèi)襯的防護(hù)材料,。
圓環(huán)圓筒類氧化鋁陶瓷部件在半導(dǎo)體設(shè)備中主要應(yīng)用
氣體導(dǎo)向類
等離子清洗工序中,，會(huì)使用含有反應(yīng)性較高的氟系、氯系等鹵族元素的腐蝕性氣體。氣體噴嘴通常由氧化鋁陶瓷制備，要求具有高等離子電阻,、介電強(qiáng)度以及對(duì)工藝氣體和副產(chǎn)品的強(qiáng)耐腐蝕性高等性能,，同時(shí)內(nèi)部具有精密孔結(jié)構(gòu)用以精確控制氣體流量。
氣體導(dǎo)向類氧化鋁陶瓷部件在半導(dǎo)體設(shè)備中主要應(yīng)用
承重固定類
在半導(dǎo)體制造過程中，晶圓可能會(huì)經(jīng)歷高溫處理，如蝕刻、離子注入等,。氧化鋁晶圓載臺(tái)作為晶圓傳輸?shù)妮d體，能夠確保晶圓在傳輸過程中的穩(wěn)定性和安全性,。氧化鋁晶圓載臺(tái)具有良好的熱傳導(dǎo)性,，能夠有效地將晶圓產(chǎn)生的熱量分散并導(dǎo)出，從而保護(hù)晶圓免受熱損傷,。
承重固定類氧化鋁陶瓷部件在半導(dǎo)體設(shè)備中主要應(yīng)用
手抓墊片類
在晶圓片的搬運(yùn)中,，會(huì)應(yīng)用到氧化鋁陶瓷制成的陶瓷機(jī)械手臂，將其安裝在晶圓搬運(yùn)機(jī)器人上,，相當(dāng)于機(jī)器人的手,，負(fù)責(zé)搬運(yùn)晶圓片到指定位置，其表面直接與晶圓接觸,。因?yàn)榫A片極其容易受到其他顆粒的污染,，所以一般在真空環(huán)境下進(jìn)行。在此環(huán)境下,，大部分材料的機(jī)械手臂一般難以完成工作,，制作機(jī)械手臂的材料需要耐高溫、耐磨,、并且硬度也需要很高,。由于工作條件的要求一般都采用純度極高的氧化鋁陶瓷材料制作，同時(shí)需要保證陶瓷件的精度和表面粗糙度,，通常有夾持式,、承載式、真空吸附式、伯努利西式,。
手抓墊片類氧化鋁陶瓷部件在半導(dǎo)體設(shè)備中主要應(yīng)用
模塊類
在沉積環(huán)節(jié),，如物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）等先進(jìn)工藝中,，靜電卡盤,、陶瓷加熱器、腔體及其他加工件也都采用氧化鋁陶瓷部件,。在拋光環(huán)節(jié),，化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）技術(shù)融合機(jī)械摩擦與化學(xué)腐蝕工藝，對(duì)設(shè)備提出了長(zhǎng)期摩擦和腐蝕損耗低的要求,，設(shè)備的拋光臺(tái),、拋光板、搬運(yùn)臂,、真空吸盤等關(guān)鍵部件均采用了耐磨性極佳的氧化鋁陶瓷材料,，確保拋光過程的高效和耐用。
模塊類氧化鋁陶瓷部件在半導(dǎo)體設(shè)備中主要應(yīng)用
全球半導(dǎo)體氧化鋁陶瓷部件發(fā)展情況
精密陶瓷部件主要是指采用氧化鋁,、氮化鋁、碳化硅等先進(jìn)陶瓷材料經(jīng)精密加工后制備的半導(dǎo)體設(shè)備用核心部件,，其中,，氧化鋁陶瓷部件應(yīng)用最為廣泛，使用規(guī)模最大,，占精密陶瓷部件市場(chǎng)規(guī)模約45%,。
據(jù)估算，精密陶瓷部件在半導(dǎo)體設(shè)備中占比約16%,。據(jù)美國(guó)SEMI協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),，2023年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模出現(xiàn)2%收縮，達(dá)1000億美元,，進(jìn)一步推算,，2023年全球氧化鋁陶瓷部件市場(chǎng)規(guī)模估計(jì)72億美元，氧化鋁陶瓷部件市場(chǎng)廣闊,。未來(lái)隨著人工智能,、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用逐步完善，對(duì)半導(dǎo)體芯片需求將不斷增加,，帶動(dòng)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)上升,，進(jìn)一步拉動(dòng)氧化鋁陶瓷部件市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。
半導(dǎo)體領(lǐng)域氧化鋁陶瓷部件發(fā)展趨勢(shì)
氧化鋁陶瓷部件屬于技術(shù)密集型行業(yè),，在半導(dǎo)體應(yīng)用等高端產(chǎn)品領(lǐng)域,，企業(yè)不僅需要有較長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)積累，還需要具備生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)豐富、對(duì)設(shè)備操作熟練的專業(yè)人才隊(duì)伍,。
技術(shù)創(chuàng)新是推動(dòng)氧化鋁在半導(dǎo)體設(shè)備中廣泛應(yīng)用的核心動(dòng)力,。隨著芯片特征尺寸減小，半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)零部件要求更加嚴(yán)格,，其致密性,、均勻性、抗腐蝕性等要求更高,。近年來(lái),，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開發(fā)了多種改善氧化鋁陶瓷材料燒結(jié)狀況的新工藝，使其在較低燒結(jié)溫度下實(shí)現(xiàn)材料的快速致密化,，如自蔓延高溫?zé)Y(jié),、閃燒、冷燒結(jié)以及振蕩壓力燒結(jié)等,。其中,，冷燒結(jié)是通過向粉體中添加一種瞬時(shí)溶劑并施加較大壓力（350~500MPa）來(lái)增強(qiáng)顆粒間的重排和擴(kuò)散，使陶瓷粉體在較低溫度（120~300℃）及較短時(shí)間下實(shí)現(xiàn)燒結(jié)致密化,。
持續(xù)研發(fā)才能跟上市場(chǎng)迭代更新的“步伐”,。目前，全球集成電路制造工藝已發(fā)展至3納米級(jí)更先進(jìn)制程,，半導(dǎo)體設(shè)備和半導(dǎo)體設(shè)備精密零部件必須不斷研發(fā)升級(jí),、工藝改進(jìn)，以滿足下游制造需求,。一旦半導(dǎo)體設(shè)備更新?lián)Q代,，新設(shè)備對(duì)零部件具體需求將同步變化。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,，對(duì)氧化鋁陶瓷部件的性能要求越來(lái)越高,，包括更高的耐磨性、耐高溫性和更好的電絕緣性,。行業(yè)趨勢(shì)傾向于研發(fā)更高純度,、更精細(xì)結(jié)構(gòu)的氧化鋁粉體材料，以及采用先進(jìn)的制備技術(shù),。
來(lái)源：
李建慧等：氧化鋁陶瓷部件在半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)用及市場(chǎng)概覽
馬征：氧化鋁陶瓷精密部件制備技術(shù)的研究
中國(guó)粉體網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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