日本微滤膜(氧化物陶瓷在半导体设备中大显身手)

Posted 2023-05-28

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日本微滤膜(氧化物陶瓷在半导体设备中大显身手)

陶瓷材料是人类生活和现代化建设中不可缺少的一种材料。它是继金属材料，非金属材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的材料之一。它兼有金属材料和高分子材料的共同优点，在不断改性的过程中，陶瓷材料以其优异的性能在材料领域独树一帜，受到人们的高度重视，在未来的社会发展中将发挥非常重要的作用。其中氧化物陶瓷具有高硬度，高耐磨性、耐腐蚀等特点，特别是其不存在氧化问题，因而作为一种特殊的结构陶瓷材料而有着广泛的应用。

抛光板，来源：日本京瓷

氧化物陶瓷主要包括氧化镁陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化锡陶瓷、二氧化硅陶瓷、莫来石陶瓷。其中最常用的为氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷。

Al2O3陶瓷耐高温，热导率低，可以用作隔热材料，例如用于导弹喷管套衬、热电偶保护套、喷气火焰控制器，还可以用作高温炉管、坩埚等，透明氧化铝陶瓷还可以用作钠灯管。在化工应用方面，Al2O3陶瓷也有较广泛的用途，例如陶瓷化工填料球、无机微滤膜、耐腐蚀涂层等。ZrO2陶瓷材料由于其高熔点、低热导率和高的抗氧化能力，作为高温陶瓷可用于耐火材料以及燃炉内衬材料。Al2O3、ZrO2还可以制备陶瓷膜用于湿法冶金过程中的各种料液精滤处理；以及泡沫陶瓷材料过滤器用于铸造过程中金属液的过滤。

如今，除了以上应用，在另一个重要领域，氧化物陶瓷有着举足轻重的地位，那就是在半导体设备方面。据了解，半导体设备中会用到大量的精密陶瓷零部件，而这些陶瓷部件能占到半导体设备成本的10%以上，其中氧化铝、氧化锆等氧化物陶瓷是较为常用的精密部件用陶瓷材料。

例如氧化铝陶瓷，在半导体刻蚀设备中，刻蚀机腔室材料作为晶圆污染的主要来源，等离子刻蚀对其影响程度决定了晶圆的良率、质量、刻蚀工艺的稳定性等等。因此，研究和开发出一种极其耐刻蚀腔体材料成为半导体集成产业以及等离子刻蚀技术中一项极具挑战的任务。当前，主要采用高纯Al2O3涂层或Al2O3陶瓷作为刻蚀腔体和腔体内部件的防护材料。除了腔体以外，等离子体设备的气体喷嘴，气体分配盘和固定晶圆的固定环等也需用到氧化铝陶瓷。再例如在晶圆抛光工艺中，氧化铝陶瓷可被广泛应用于抛光板、抛光磨垫校正平台、真空吸盘等。

氧化锆陶瓷在半导体设备中同样有重要的应用，例如陶瓷劈刀，劈刀是引线键合过程中的必不可少的工具，其中部分厂家的陶瓷劈刀主要成分为氧化锆增强氧化铝，其微观结构均匀而致密，密度提高到4.3g/cm3。四方相氧化锆的含量和均匀致密的微观结构促使锆掺杂的陶瓷劈刀具有非常优异的力学性能，减少焊线过程中陶瓷劈刀尖端的磨损和更换的次数。

总之，氧化物陶瓷在半导体设备中的应用远比我们想象中的更加广泛，恰逢当前复杂的国际贸易形势，半导体设备与材料产业的迫切需求会推动国产半导体装备用陶瓷零部件的研发与生产，这既是机遇也是挑战。