中國粉體網(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)域時對純度要求很高，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)度以及對工藝氣體和副產(chǎn)品的強(qiáng)耐腐蝕性高等性能，同時內(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，晶圓可能會經(jīng)歷高溫處理，如蝕刻、離子注入等。氧化鋁晶圓載臺作為晶圓傳輸?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
在晶圓片的搬運中，會應(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機(jī)器人上，相當(dāng)于機(jī)器人的手，負(fù)責(zé)搬運晶圓片到指定位置，其表面直接與晶圓接觸。因為晶圓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，對設(shè)備提出了長期摩擦和腐蝕損耗低的要求，設(shè)備的拋光臺、拋光板、搬運臂、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SEMI協(xié)會統(tǒng)計，2023年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(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規(guī)模估計72億美元，氧化鋁陶瓷部件市場廣闊。未來隨著人工智能、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用逐步完善，對半導(dǎo)體芯片需求將不斷增加，帶動半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模持續(xù)上升，進(jìn)一步拉動氧化鋁陶瓷部件市場不斷擴(kuò)大。
半導(dǎo)體領(lǐng)域氧化鋁陶瓷部件發(fā)展趨勢
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)不僅需要有較長時間的技術(shù)積累，還需要具備生產(chǎn)制造經(jīng)驗豐富、對設(shè)備操作熟練的專業(yè)人才隊伍。
技術(shù)創(chuàng)新是推動氧化鋁在半導(dǎo)體設(shè)備中廣泛應(yīng)用的核心動力。隨著芯片特征尺寸減小，半導(dǎo)體設(shè)備對零部件要求更加嚴(yán)格，其致密性、均勻性、抗腐蝕性等要求更高。近年來，國內(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溶劑并施加較大壓力（350~500MPa）來增強(qiáng)顆粒間的重排和擴(kuò)散，使陶瓷粉體在較低溫度（120~300℃）及較短時間下實現(xiàn)燒結(jié)致密化。
持續(xù)研發(fā)才能跟上市場迭代更新的“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、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，對氧化鋁陶瓷部件的性能要求越來越高，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)用及市場概覽
馬征：氧化鋁陶瓷精密部件制備技術(shù)的研究
中國粉體網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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