氧化铝陶瓷部件具有高硬度、高机械强度、超耐磨性、耐高温、电阻率大、电绝缘性能好等优异性能,能满足真空、高温等特殊环境下的半导体制造复杂性能要求,在半导体制造生产线上有着不可替代的重要作用,其应用几乎覆盖所有半导体制造设备,是半导体生产设备的关键部件。随着半导体产业的不断发展,氧化铝陶瓷部件在产业链的重要性将更加凸显。
氧化铝陶瓷是一种以α型三氧化二铝(α-Al
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)为主晶相的陶瓷材料,根据氧化铝含量不同可以分为高纯型与普通型两种。
氧化铝陶瓷分类及应用
氧化铝陶瓷性能随着氧化铝含量增加而提高,但氧化铝含量越高,制备越困难。
氧化铝陶瓷应用在半导体领域时对纯度要求很高,一般大于99.5%
。
在半导体领域,氧化铝陶瓷零部件是半导体设备关键零部件之一,其大部分被用于离晶圆更近的腔室内,
在半导体设备中按用途分类,主要分为圆环圆筒类、气流导向类、承重固定类、手抓垫片类、模块类等
。
在刻蚀环节,为减少等离子刻蚀过程中对晶圆的污染,选用耐腐蚀性强的高纯氧化铝涂层或氧化铝陶瓷作为刻蚀腔体和腔体内衬的防护材料。
圆环圆筒类氧化铝陶瓷部件在半导体设备中主要应用
等离子清洗工序中,会使用含有反应性较高的氟系、氯系等卤族元素的腐蚀性气体。气体喷嘴通常由氧化铝陶瓷制备,要求具有高等离子电阻、介电强度以及对工艺气体和副产品的强耐腐蚀性高等性能,同时内部具有精密孔结构用以精确控制气体流量。
气体导向类氧化铝陶瓷部件在半导体设备中主要应用
在半导体制造过程中,晶圆可能会经历高温处理,如蚀刻、离子注入等。氧化铝晶圆载台作为晶圆传输的载体,能够确保晶圆在传输过程中的稳定性和安全性。氧化铝晶圆载台具有良好的热传导性,能够有效地将晶圆产生的热量分散并导出,从而保护晶圆免受热损伤。
承重固定类氧化铝陶瓷部件在半导体设备中主要应用
在晶圆片的搬运中,会应用到氧化铝陶瓷制成的陶瓷机械手臂,将其安装在晶圆搬运机器人上,相当于机器人的手,负责搬运晶圆片到指定位置,其表面直接与晶圆接触。因为晶圆片极其容易受到其他颗粒的污染,所以一般在真空环境下进行。在此环境下,大部分材料的机械手臂一般难以完成工作,制作机械手臂的材料需要耐高温、耐磨、并且硬度也需要很高。由于工作条件的要求一般都采用纯度极高的氧化铝陶瓷材料制作,同时需要保证陶瓷件的精度和表面粗糙度,通常有夹持式、承载式、真空吸附式、伯努利西式。
手抓垫片类氧化铝陶瓷部件在半导体设备中主要应用
在沉积环节,如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等先进工艺中,静电卡盘、陶瓷加热器、腔体及其他加工件也都采用氧化铝陶瓷部件。在抛光环节,化学机械抛光(CMP)技术融合机械摩擦与化学腐蚀工艺,对设备提出了长期摩擦和腐蚀损耗低的要求,设备的抛光台、抛光板、搬运臂、真空吸盘等关键部件均采用了耐磨性极佳的氧化铝陶瓷材料,确保抛光过程的高效和耐用。