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作成日 2024.11.20

半導体機器コンポーネントとしてのアルミナセラミックスの応用を数える

半導体製造におけるアルミナセラミックスの成長する役割

近年、国家の政策調整が半導体産業の発展を加速し、規模の急速な拡大と製造装置の進歩をもたらしています。半導体製造プロセスがますます精密で複雑になるにつれ、高硬度、高弾性率、優れた耐摩耗性、絶縁性能、耐腐食性、低熱膨張などの優れた特性を持つ先進セラミックスが注目されています。

これらの特性により、セラミックスはウェハ研磨機、エピタキシー、酸化、拡散のための熱処理システム、リソグラフィ機、堆積装置、エッチングツール、イオンインプランターなどの機器の部品として不可欠な材料となっています。利用可能な材料の中で、アルミナ（Al₂O₃）が最も人気のある精密セラミック材料として台頭し、半導体製造に広範な応用が見られます。

半導体装置におけるアルミナセラミックスの主な用途

エッチングチャンバーとプラズマ耐性部品

エッチングは、半導体、マイクロエレクトロニクス、およびマイクロナノ製造における重要な工程です。エッチングマシンやPECVD装置におけるエッチングプロセス中、プラズマの相互作用により、機械部品の表面に大きな摩耗や損傷が生じる可能性があります。これらの相互作用により、以下のような問題が引き起こされます。

腐食：部品寿命の短縮と機器性能の低下。

汚染：反応副産物が揮発して剥がれ、プロセスチャンバーの清潔さを損なう微粒子が生成されます。

高純度アルミナ（Al₂O₃）コーティングは、エッチングチャンバーおよびその部品の保護材料として一般的に使用されています。

伝統的なチャンバー材料:

初期のエッチングチャンバーは、金属粒子の汚染を受けやすいアルミニウム合金を使用していました。これを解決するために、合金表面に密度の高いアノダイズされたアルミナ層が適用され、耐食性が向上しました。しかし、これらのアノダイズされた層は、合金中の不純物による微細なクラックが発生しやすく、その効果が制限されることがよくありました。

高純度アルミナコーティングの進歩:

高純度Al₂O₃コーティングはエッチングチャンバーで標準となっています。ただし、コーティングと基板の熱膨張係数の違いがクラックを引き起こす可能性があり、これにより腐食抵抗性が低下します。

高密度で高純度の大量アルミナセラミックスは、コーティングと比較して優れたプラズマ耐性を提供します。これらのセラミックスは通常、99%を超える純度を持ち、制御された金属酸化物不純物（例：MgO、CaO、SiO₂）が0.05%〜0.8%の範囲内にあり、プラズマ耐性を向上させながら焼結性能を維持しています。

ウエハー加工用の真空チャック2つ

半導体デバイスの需要には、有害な電気的および機械的欠陥を避けるためにほぼ完璧なウェハが必要です。ウェハ加工中には、成形、スライス、研削、およびクリーニングが含まれ、ウェハはしっかりと位置決めされ、安定化される必要があります。これはセラミック真空チャックを使用して達成されます。

材料の特性と構造:

真空チャックは一般的にアルミナまたは炭化ケイ素から作られています。これらのセラミックスは、高温焼結によって多孔質または中空構造を実現しています。多孔質セラミックスマトリックスに負圧をかけることで真空効果が生成され、ウェハ、ガラス基板、または他のワークピースを確実に固定します。

セラミック真空チャックの応用:

ウエハー薄削りプロセス用の装置、例えば研削、研磨、化学機械研磨（CMP）用の装置。

計測および検査装置用の取り付け具。

薄膜、シート、金属基板の加工用クランプ工具。

これらの統合された中空構造セラミックスの製造には、先進的な製造技術が必要であり、それは半導体装置の精度と信頼性における重要な役割を反映しています。

結論

半導体産業が進展するにつれ、エッチングチャンバー内のプラズマ耐性の向上からウェハー加工の安定性の提供まで、アルミナセラミックスなどの精密材料への需要は増加し続けています。現代の半導体製造で必要とされる精度と性能を達成するためには、アルミナセラミックスは不可欠です。継続的な研究と技術革新により、アルミナセラミックスの可能性は半導体製造の未来を牽引するという限りないものです。