Aluminiumoxidkeramikkomponenten: Das Kernmaterial, das den Markt für Halbleiterausrüstung antreibt
Aluminiumoxidkeramikkomponenten verfügen über hervorragende Eigenschaften wie hohe Härte, hohe mechanische Festigkeit, extreme Verschleißfestigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, hohen elektrischen Widerstand und gute elektrische Isolationseigenschaften. Sie erfüllen die komplexen Leistungsanforderungen der Halbleiterfertigung in speziellen Umgebungen wie Vakuum und hohen Temperaturen und spielen in Produktionslinien der Halbleiterfertigung eine unverzichtbare und wichtige Rolle. Ihre Anwendungsmöglichkeiten decken nahezu alle Anlagen zur Halbleiterfertigung ab und machen sie zu Schlüsselkomponenten der Halbleiterproduktion. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Halbleiterindustrie wird die Bedeutung von Aluminiumoxidkeramikkomponenten in der industriellen Kette weiter zunehmen.
❶......Anwendungen von Aluminiumoxidkeramikkomponenten im Halbleiterbereich
Aluminiumoxidkeramik ist ein Keramikmaterial mit Alpha-Aluminiumoxid (α-Al₂O₃) als Hauptkristallphase. Aufgrund des unterschiedlichen Aluminiumoxidgehalts kann sie in zwei Kategorien unterteilt werden: hochreine und gewöhnliche Keramik.
Die Leistung von Aluminiumoxidkeramiken verbessert sich mit steigendem Aluminiumoxidgehalt. Allerdings gestaltet sich der Herstellungsprozess mit zunehmendem Aluminiumoxidgehalt schwieriger. Für den Einsatz in der Halbleiterindustrie gelten für Aluminiumoxidkeramiken extrem hohe Reinheitsanforderungen, die typischerweise über 99,5 % liegen.
In der Halbleiterindustrie zählen Aluminiumoxidkeramikkomponenten zu den wichtigsten Komponenten von Halbleiteranlagen. Die meisten von ihnen werden in Kammern in der Nähe des Wafers eingesetzt. Sie werden nach ihrer Anwendung in Halbleiteranlagen klassifiziert und hauptsächlich in Kategorien wie Ring- und Zylindertyp, Gasflussführungstyp, Trag- und Befestigungstyp, Greiferdichtungstyp und Modultyp unterteilt.
Ring- und Zylindertyp
Um beim Ätzprozess die Waferkontamination während des Plasmaätzens zu reduzieren, werden hochreine Aluminiumoxidbeschichtungen oder Aluminiumoxidkeramiken mit starker Korrosionsbeständigkeit als Schutzmaterialien für Ätzkammern und Kammerauskleidungen ausgewählt.
Gasflussführungstyp
Bei der Plasmareinigung kommen korrosive Gase mit hochreaktiven Halogenelementen wie Fluor- und Chlorgasen zum Einsatz. Gasdüsen bestehen üblicherweise aus Aluminiumoxidkeramik, die Eigenschaften wie hohe Plasmabeständigkeit, Durchschlagfestigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Prozessgasen und Nebenprodukten aufweisen muss. Gleichzeitig verfügen sie über eine präzise innere Porenstruktur zur präzisen Steuerung des Gasflusses.
Trag- und Befestigungsart
Während des Halbleiterherstellungsprozesses werden Wafer Hochtemperaturbehandlungen wie Ätzen und Ionenimplantation unterzogen. Als Träger für den Wafertransfer gewährleisten Waferträger aus Aluminiumoxid die Stabilität und Sicherheit der Wafer während des Transferprozesses. Waferträger aus Aluminiumoxid verfügen über eine gute Wärmeleitfähigkeit, wodurch sie die von den Wafern erzeugte Wärme effektiv ableiten und so die Wafer vor Hitzeschäden schützen.
❷...... Globaler Entwicklungsstand von Aluminiumoxidkeramikkomponenten für die Halbleiterindustrie
Präzisionskeramikkomponenten sind hauptsächlich Kernkomponenten für Halbleitergeräte, die durch Präzisionsverarbeitung aus modernen Keramikmaterialien wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Siliziumkarbid hergestellt werden. Aluminiumoxidkeramikkomponenten haben dabei die umfangreichsten Anwendungen und den größten Einsatzbereich und machen etwa 45 % des Marktes für Präzisionskeramikkomponenten aus.
❸......Entwicklungstrends von Aluminiumoxidkeramikkomponenten im Halbleiterbereich
Die Herstellung von Aluminiumoxidkeramikkomponenten ist eine technologieintensive Branche. In High-End-Produktbereichen wie Halbleiteranwendungen benötigen Unternehmen nicht nur langfristige technologische Entwicklungen, sondern auch ein Team von Fachkräften mit umfassender Produktions- und Fertigungserfahrung sowie kompetenten Kenntnissen im Umgang mit Geräten.
Technologische Innovationen sind die treibende Kraft hinter der weitverbreiteten Anwendung von Aluminiumoxid in Halbleitergeräten. Mit abnehmender Strukturgröße von Chips stellen Halbleitergeräte strengere Anforderungen an die Komponenten und verlangen höhere Standards hinsichtlich Dichte, Gleichmäßigkeit, Korrosionsbeständigkeit und anderer Eigenschaften. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler im In- und Ausland eine Vielzahl neuer Verfahren entwickelt, um die Sintereigenschaften von Aluminiumoxidkeramiken zu verbessern und eine schnelle Verdichtung der Materialien bei niedrigeren Sintertemperaturen zu ermöglichen. Zu diesen Verfahren gehören das selbstausbreitende Hochtemperatursintern, das Flash-Sintern, das Kaltsintern und das Sintern mit oszillierendem Druck. Das Kaltsintern verbessert die Neuanordnung und Diffusion der Partikel, indem dem Pulver ein flüchtiges Lösungsmittel zugesetzt und hoher Druck (350–500 MPa) angewendet wird. Dadurch kann das Keramikpulver bei niedrigeren Temperaturen (120–300 °C) und in kürzerer Zeit verdichtet werden.
Kontinuierliche Forschung und Entwicklung ist unerlässlich, um mit dem Rhythmus der Marktentwicklung und -erneuerung Schritt zu halten. Der globale Herstellungsprozess integrierter Schaltkreise ist mittlerweile auf den hochmodernen 3-Nanometer-Knoten vorgerückt. Halbleiterausrüstung und Präzisionskomponenten für Halbleiterausrüstung müssen ständigen Forschungs- und Entwicklungsverbesserungen sowie Prozessverbesserungen unterzogen werden, um den Fertigungsanforderungen der nachgelagerten Sektoren gerecht zu werden. Sobald Halbleiterausrüstung modernisiert oder ersetzt wird, ändern sich gleichzeitig die spezifischen Anforderungen an die Komponenten in der neuen Ausrüstung. Mit der Weiterentwicklung der Halbleitertechnologie werden die Leistungsanforderungen an Komponenten aus Aluminiumoxidkeramik immer strenger und umfassen höhere Verschleißfestigkeit, bessere Hochtemperaturbeständigkeit und überlegene elektrische Isolierung. Der Branchentrend geht in Richtung Forschung und Entwicklung von Aluminiumoxidpulvermaterialien mit höherer Reinheit und verfeinerter Struktur sowie zur Einführung fortschrittlicher Herstellungstechnologien.