近幾年，隨著國家政策的調整，半導體行業迅速發展，產業規模急速增大，半導體制造設備持續向精密化、復雜化演變。由于陶瓷具有高硬度、高彈性模量、高耐磨、高絕緣、耐腐蝕、低膨脹等優點，可用作硅片拋光機、外延/氧化/擴散等熱處理設備、光刻機、沉積設備，半導體刻蝕設備，離子注入機等設備的零部件，因此精密陶瓷部件的研發生產直接影響半導體產業發展，其制備技術要求也越來越高。

通常半導體設備用陶瓷有氧化鋁、氮化硅、氮化鋁、碳化硅等，作為最受歡迎的精密陶瓷材料，氧化鋁在半導體領域的應用可謂是“遍地開花”，下面小編就盤點一些常見的氧化鋁半導體設備用陶瓷部件。

01等離子刻蝕腔體氧化鋁涂層/腔體

刻蝕是半導體制造工藝、微電子IC制造工藝以及微納制造工藝中的一個重要的步驟，對于晶圓制造過程中的刻蝕機和PECVD設備，等離子體通過物理作用和化學反應會對設備器件表面造成嚴重腐蝕，一方面縮短部件的使用壽命，降低設備的使用性能，另一方面腐蝕過程中產生的反應產物會出現揮發和脫落的現象，在工藝腔內產生雜質顆粒，影響腔室的潔凈度。

一般可采用高純Al₂O₃涂層作為刻蝕腔體和腔體內部件的防護材料。早期刻蝕機腔室材料選擇鋁合金，因易造成金屬顆粒污染，轉而選擇在鋁合金上鍍一層致密的陽極氧化鋁層，通過陽極氧化，從而提高腔室材料的耐刻蝕性。而由于合金中的雜質發生偏析，表面的陽極氧化鋁層易產生微裂紋，使得陽極氧化鋁的使用壽命較低。隨著涂層技術的發展，高純Al₂O₃涂層逐漸用于刻蝕機工藝腔和腔體內部件的防護，但是由于熱膨脹系數的不同，Al₂O₃涂層與襯底之間容易開裂，影響涂層的耐刻蝕性能。與Al₂O₃涂層相比，致密的高純Al₂O₃塊體陶瓷具有更好的耐等離子體刻蝕性能。通常純度要求在99%以上，金屬氧化物雜質（如MgO、CaO、SiO₂等）必須控制在0.05~0.8%之內，在不影響燒結性能的情況下可以提高其耐等離子體刻蝕性能。

02氧化鋁真空吸盤

半導體器件對晶圓有非常嚴格的要求，只有近乎完美的晶片才能避免對器件非常有害的電學和機械缺陷，因此需要對晶片進行整型、切片、研磨、清洗等多個步驟。在這些工序里，晶片都需要一個可以安置并固定的工作臺，采用陶瓷真空吸盤，也即一種通過高溫燒結在材料內部生成大量彼此連體或閉合的均勻實心或者真空體陶瓷，來通過真空吸力將半導體片、玻璃基板材料等工作物固定住。

真空吸盤的常見的材質有氧化鋁和碳化硅，陶瓷內部形成中空結構，通過向多孔基體施加負壓力來吸附、固定被吸附物，這種一體化中空結構陶瓷的制備工藝具有很高的技術門檻，主要用作晶圓薄化程序的加工用固定夾具（磨床、拋光機、CMP）、各種類型的測量裝置、檢查裝置的固定夾具、薄膜片材和金屬基板等的加工用固定夾具等。

03氧化鋁靜電吸盤

隨著半導體器件集成度越來越高，晶片尺寸越來越大，單元器件尺寸越來越小，因此對顆粒的污染控制更加嚴格，以往的卡盤固定晶片的方法已不能滿足要求，因此在新一代半導體制造設備中，開始采用靜電吸盤。靜電吸盤通過在工件（加工對象物件）與施加電壓后的電極間產生的庫倫力來吸附工件，優點在于吸附作用均勻分布于晶圓表面，晶圓不會發生翹曲變形，吸附作用力持續穩定，可以保證晶圓的加工精度；而且對晶圓污染小，對晶圓無傷，可以應用于高真空環境中。

目前普遍的靜電吸盤技術主要是以氧化鋁陶瓷、藍寶石及氮化鋁陶瓷作為主體材料，需要在其中加入其他導電物質使得其總體電阻率滿足功能性要求。而對于溫度控制直接影響晶圓良品率的靜電卡盤來看具備更加熱導率和相關機械性能的氮化鋁材料有著很大的發展空間，不過由于氮化鋁成本太高，目前仍有一部分需求傾向于采用氧化鋁材質。

04氧化鋁機械搬運臂

在晶圓片的搬運中，會應用到氧化鋁陶瓷制成的陶瓷機械手臂，將其安裝在晶圓搬運機器人上，相當于機器人的手，負責搬運晶圓片到指定位置，其表面直接與晶圓接觸。因為晶圓片在極其容易受到其他顆粒的污染，所以一般在真空環境下進行。在此環境下，大部分材料的機械手臂一般難以完成工作，制作機械手臂的材料需要耐高溫、耐磨、并且硬度也需要很高。

氧化鋁陶瓷和碳化硅陶瓷都具備致密質、高硬度、高耐磨性的物理性質，以及良好的耐熱性能、優良的機械強度，高溫環境仍具有良好的絕緣性、良好的抗腐蝕性等物理性能，是用于制作半導體設備機械手臂的絕佳材料。從材料性質來看，碳化硅陶瓷用于制作陶瓷機械手臂較為合適，但是從材料價格、加工難度等經濟方面來說，氧化鋁陶瓷機械手臂的性價比更高。

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。

氧化鋁陶瓷機械搬運臂

05氧化鋁等離子氣體噴嘴

在半導體產業鏈中，等離子清洗是一個重要環節，它適用于對原料和半成品每一步可能存在的雜質進行清洗，以避免雜質影響產品的質量和下游產品的性能，等離子清洗對于單晶硅的生產、光刻、刻蝕、沉積等關鍵工藝以及封裝工藝中的使用都是必不可少的。由于等離子清洗技術是一種干法清理方法，它可以不毀壞芯片表層的材料特性，可以除去污染物，并且等離子清理效果顯著，具備實際操作簡單、精確可控、全過程無污染及其安全性可靠等特性，在半導體封裝行業得到了大范圍的推廣應用。

在此工序中，會使用含有反應性高的氟系、氯系等鹵族元素的腐蝕性氣體。因此，用于半導體、液晶制造裝置的與腐蝕性氣體和其等離子體接觸的構件，要求有高耐腐蝕性。氣體噴嘴通常由氧化鋁陶瓷制備，要求具有高等離子電阻、介電強度以及對工藝氣體和副產品的強耐腐蝕性高等性能，同時內部具有精密孔結構用以精確控制氣體流量。

06氧化鋁晶圓拋光盤

目前，采用陶瓷研磨盤研磨半導體晶圓是最先進的研磨方法，采用雙面研磨工藝對切割好的晶圓片進行研磨，并通過改善研磨工藝（磨盤材質、研磨液、研磨壓力及研磨轉速等）來提高研磨片的質量；尤其是使用陶瓷盤代替鑄鐵盤，避免研磨時對晶片的主面造成傷痕或污染，減少了金屬離子的引入，可減少晶圓的后續加工量，縮短后續工序（腐蝕)時間，提高生產效率，而且減少晶圓加工的損耗，大大地提高了晶圓的利用率。

通常采用氧化鋁陶瓷來制備晶圓拋光盤，要求具有高純度、高化學耐久性以及良好的表面形狀和粗糙度的控制。

其他還有用于晶圓加工、裝配等的工作臺，等離子防護罩/環等部件，大多也是用氧化鋁陶瓷所制備，氧化鋁陶瓷在半導體設備的制造中的應用可謂是“無處不在”。目前由于較高的技術壁壘，精密陶瓷行業長期被日本、美國及一些具有獨特技術的歐洲公司所壟斷，但國內的陶瓷企業也紛紛瞄準了這塊“蛋糕”，已有少數企業走在市場前列，成為相關零部件國產化替代的中流砥柱，相信假以時日，上述這些半導體領域用精密氧化鋁陶瓷乃至其他種類的陶瓷制備技術也終將被一一攻克。

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