Aluminiumoxid-Keramikkomponenten zeichnen sich durch hervorragende Eigenschaften wie hohe Härte, hohe mechanische Festigkeit, extreme Verschleißfestigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, hohen elektrischen Widerstand und gute elektrische Isolationseigenschaften aus. Sie erfüllen die komplexen Leistungsanforderungen der Halbleiterfertigung in speziellen Umgebungen wie Vakuum und hohen Temperaturen und spielen eine unersetzliche Rolle in Halbleiterproduktionslinien. Ihre Anwendung erstreckt sich auf nahezu alle Anlagen der Halbleiterfertigung, wodurch sie zu Schlüsselkomponenten dieser Anlagen werden. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Halbleiterindustrie wird die Bedeutung von Aluminiumoxid-Keramikkomponenten in der Wertschöpfungskette weiter zunehmen.
❶...... Anwendungen von Aluminiumoxid-Keramikbauteilen im Halbleiterbereich
Aluminiumoxidkeramik ist ein keramischer Werkstoff, dessen Hauptkristallphase aus α-Aluminiumoxid (α-Al₂O₃) besteht. Je nach Aluminiumoxidgehalt wird sie in zwei Kategorien unterteilt: hochreine und gewöhnliche Aluminiumoxidkeramik.
Die Eigenschaften von Aluminiumoxidkeramiken verbessern sich mit steigendem Aluminiumoxidgehalt; allerdings wird der Herstellungsprozess mit zunehmendem Aluminiumoxidgehalt schwieriger. Bei der Anwendung von Aluminiumoxidkeramiken in der Halbleiterindustrie gelten extrem hohe Reinheitsanforderungen, die typischerweise 99,5 % übersteigen.
In der Halbleiterindustrie zählen Aluminiumoxid-Keramikkomponenten zu den Schlüsselkomponenten von Halbleiteranlagen. Sie werden hauptsächlich in Kammern nahe dem Wafer eingesetzt. Je nach Anwendung in Halbleiteranlagen lassen sie sich in verschiedene Kategorien einteilen, darunter Ring- und Zylinderbauteile, Bauteile mit Gasführung, lasttragende und fixierende Bauteile, Bauteile mit Greiferdichtung und Modulbauteile.
Ring- und Zylindertyp
Um beim Ätzprozess die Waferkontamination während des Plasmaätzens zu reduzieren, werden hochreine Aluminiumoxidbeschichtungen oder Aluminiumoxidkeramiken mit starker Korrosionsbeständigkeit als Schutzmaterialien für die Ätzkammern und Kammerauskleidungen ausgewählt.
Gasflussführungstyp
Beim Plasmareinigungsverfahren werden korrosive Gase mit hochreaktiven Halogenen, wie beispielsweise fluor- und chlorhaltige Gase, eingesetzt. Die Gasdüsen bestehen üblicherweise aus Aluminiumoxidkeramik und müssen Eigenschaften wie hohe Plasmabeständigkeit, Durchschlagsfestigkeit und starke Korrosionsbeständigkeit gegenüber den Prozessgasen und -produkten aufweisen. Gleichzeitig verfügen sie über eine präzise innere Porenstruktur zur genauen Steuerung des Gasflusses.
Lasttragende und Befestigungsart
Im Halbleiterfertigungsprozess können Wafer Hochtemperaturbehandlungen wie Ätzen und Ionenimplantation durchlaufen. Als Träger für den Wafertransfer gewährleisten Waferplattformen aus Aluminiumoxid die Stabilität und Sicherheit der Wafer während des Transfervorgangs. Dank ihrer guten Wärmeleitfähigkeit können sie die von den Wafern erzeugte Wärme effektiv abführen und so die Wafer vor Hitzeschäden schützen.
❷...... Globaler Entwicklungsstand von Aluminiumoxid-Keramikkomponenten für die Halbleiterindustrie
Präzisionskeramikbauteile sind hauptsächlich Kernkomponenten für Halbleiteranlagen und werden aus hochentwickelten Keramikwerkstoffen wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Siliziumkarbid durch präzise Bearbeitung hergestellt. Aluminiumoxid-Keramikbauteile finden dabei die breiteste Anwendung und den größten Marktanteil und machen rund 45 % des Gesamtmarktes für Präzisionskeramikbauteile aus.
❸...... Entwicklungstrends von Aluminiumoxid-Keramikbauteilen im Halbleiterbereich
Die Herstellung von Aluminiumoxid-Keramikkomponenten ist eine technologieintensive Branche. In anspruchsvollen Produktbereichen wie der Halbleiterindustrie benötigen Unternehmen nicht nur langjährige technologische Erfahrung, sondern auch ein Team von Fachkräften mit umfassender Produktions- und Fertigungserfahrung sowie fundierten Kenntnissen im Umgang mit den Anlagen.
Technologische Innovationen sind die treibende Kraft hinter der breiten Anwendung von Aluminiumoxid in Halbleiteranlagen. Mit der Verkleinerung der Chipstruktur steigen die Anforderungen an die Bauteile in der Halbleiterindustrie, insbesondere hinsichtlich Dichte, Homogenität, Korrosionsbeständigkeit und anderer Eigenschaften. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler im In- und Ausland verschiedene neue Verfahren entwickelt, um die Sintereigenschaften von Aluminiumoxid-Keramiken zu verbessern und so eine schnelle Verdichtung der Materialien bei niedrigeren Sintertemperaturen zu ermöglichen. Zu diesen Verfahren zählen das selbstpropagierende Hochtemperatursintern, das Blitzsintern, das Kaltsintern und das Oszillationsdrucksintern. Beim Kaltsintern werden die Umlagerung und Diffusion der Partikel durch Zugabe eines kurzzeitigen Lösungsmittels zum Pulver und Anwendung von hohem Druck (350–500 MPa) verbessert. Dadurch kann das Keramikpulver bei niedrigeren Temperaturen (120–300 °C) und in kürzerer Zeit verdichtet werden.
Kontinuierliche Forschung und Entwicklung ist unerlässlich, um mit den rasanten Marktentwicklungen und -erneuerungen Schritt zu halten. Die globale Fertigung integrierter Schaltungen hat sich mittlerweile auf den hochmodernen 3-Nanometer-Knoten ausgeweitet. Halbleiteranlagen und Präzisionskomponenten für diese Anlagen müssen daher ständig durch Forschung und Entwicklung modernisiert und optimiert werden, um den Fertigungsbedarf nachgelagerter Branchen zu decken. Mit der Modernisierung oder dem Austausch von Halbleiteranlagen ändern sich auch die spezifischen Anforderungen an die Komponenten der neuen Anlagen. Mit der Weiterentwicklung der Halbleitertechnologie steigen die Leistungsanforderungen an Aluminiumoxid-Keramikkomponenten kontinuierlich an. Dazu gehören höhere Verschleißfestigkeit, bessere Hochtemperaturbeständigkeit und überlegene elektrische Isolation. Der Trend in der Branche geht daher hin zur Forschung und Entwicklung von Aluminiumoxidpulvern mit höherer Reinheit und feineren Strukturen sowie zum Einsatz fortschrittlicher Herstellungsverfahren.