Aluminiumoxid spielt als Rohstoff für Aluminiumprodukte und als Hilfsstoff in der Chemie- und Maschinenbauindustrie seit langem eine wichtige Rolle in der Volkswirtschaft. Mit der rasanten Entwicklung aufstrebender Branchen wie der Halbleiterindustrie ist die Nachfrage nach Hochleistungsmaterialien sprunghaft gestiegen. Hochwertige Aluminiumoxidprodukte sind insbesondere im Billionen-Dollar-Markt der Halbleiterindustrie, wo Aluminiumoxid ein wichtiger Grundstoff ist, unverzichtbar geworden.
Halbleitermarkt
Da Anwendungen wie KI, 5G-Kommunikation, IoT, Cloud Computing, Automobilelektronik, Robotik und Drohnen weiter wachsen, boomt die Halbleiterindustrie.
Laut mehreren Marktforschungsinstituten verzeichnete der globale Halbleitermarkt im Jahr 2024 ein deutliches Wachstum. So berichtete beispielsweise die World Semiconductor Trade Statistics (WSTS), dass der globale Halbleitermarkt im Jahr 2024 ein Volumen von 45,76 Billionen RMB erreichte, was einem Anstieg von 191 Milliarden US-Dollar entspricht. Der chinesische Halbleitermarkt wuchs um 201 Milliarden US-Dollar und machte damit 301 Milliarden US-Dollar des Weltmarktes aus. WSTS prognostiziert für 2025 ein Wachstum von 11,21 Milliarden US-Dollar auf 697 Milliarden US-Dollar. Deloitte prognostiziert für 2025 einen Umsatz von 697 Milliarden US-Dollar und erwartet, dass die Halbleiterindustrie bis 2030 einen Umsatz von einer Billion US-Dollar erreichen wird.
Aluminiumoxid-Anwendungen in der Halbleiterindustrie
Halbleiterausrüstungskomponenten
Aluminiumoxidkeramikteile zeichnen sich durch hohe Härte, mechanische Festigkeit, Verschleißfestigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, elektrischen Widerstand und Isolationseigenschaften aus. Diese Eigenschaften machen sie unverzichtbar für die Halbleiterfertigung in Vakuum, Hochtemperaturumgebungen und anderen speziellen Umgebungen. Aluminiumoxid spielt in Halbleiterproduktionslinien eine unersetzliche Rolle, deckt nahezu alle Halbleiteranlagen ab und bildet deren Kernkomponenten.
Komponenten aus Aluminiumoxidkeramik werden nach ihrer Verwendung klassifiziert, darunter Ring- und Zylindertypen, Luftstromführungen, tragende Vorrichtungen, Handwaschanlagen und Module.
Ring- und Zylindertypen: Beim Ätzprozess werden hochreine Aluminiumoxidbeschichtungen oder Keramikteile für Ätzkammern und deren Auskleidungen verwendet. Diese Materialien sind äußerst korrosionsbeständig und reduzieren die Kontamination beim Plasmaätzen.
Aluminiumoxidkeramikkomponenten in Halbleitergeräten
| Produkttyp | Funktion | Anwendung für Halbleiterausrüstung |
| Molybdänring | Verbessert die Gasführung, Isolierung und Korrosionsbeständigkeit | Dünnschichtabscheidungsanlagen |
| Schutzring | Schützt wichtige Modulkomponenten wie elektrostatische Spannfutter und Keramikheizgeräte | Dünnschichtabscheidungsanlagen, Ätzanlagen |
| Kantenring | Verhindert Plasmaüberlauf | Dünnschichtabscheidungsanlagen, Ätzanlagen |
| Fokusring | Konzentriert das Plasma in der Kammer | Dünnschichtabscheidungsanlagen, Ätzanlagen, Ionenimplantationsanlagen |
| Schutzhülle | Versiegelt und adsorbiert Prozessrückstände | Dünnschichtabscheidungsanlagen, Ätzanlagen |
| Erdungsklemmring | Sichert und stützt Komponenten | Dünnschichtabscheidungsanlagen, Ätzanlagen |
| Liner | Verbessert die Gasführung für eine gleichmäßigere Filmbildung | Ätzgeräte |
| Thermofass | Verbessert die Temperaturregelungsleistung | Dünnschichtabscheidungsanlagen, Ätzanlagen, Ionenimplantationsanlagen |
| Thermoelement-Schutzrohr | Schützt Thermoelemente in einer relativ stabilen Temperatur- und physikochemischen Umgebung | Verschiedene Halbleiter-Frontend-Geräte |
Gasströmungsführungskomponenten
Im Plasmareinigungsprozess werden korrosive Gase mit hochreaktiven Halogenelementen wie Fluor und Chlor verwendet. Die Gasdüsen bestehen üblicherweise aus Aluminiumoxidkeramik und erfordern eine hohe Plasmabeständigkeit, Durchschlagfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit gegenüber Prozessgasen und Nebenprodukten. Diese Düsen verfügen zudem über präzise Porenstrukturen, um den Gasstrom präzise zu steuern.
Gasführende Aluminiumoxidkeramikkomponenten werden hauptsächlich in Halbleitergeräten verwendet
| Produkttyp | Funktion | Anwendung für Halbleiterausrüstung |
| Düse, Gasverteilerplatte, Drosselring, Diffusorplatte | Leitet den Gasstrom, sorgt für eine gleichmäßige Verteilung und stabile Geschwindigkeit der Prozessgase und schafft eine kontrollierte Prozessumgebung | Dünnschichtabscheidungsanlagen, Ätzanlagen |
| Düsenabdeckplatte | Dient als Aufsatz für Düsen und absorbiert Prozessrückstände | Dünnschichtabscheidungsanlagen, Ätzanlagen |
Tragende und befestigende Bauteile
Bei der Halbleiterherstellung werden Wafer Hochtemperaturbehandlungen wie Ätzen und Ionenimplantation unterzogen. Aluminiumoxid-Waferträger gewährleisten die Stabilität und Sicherheit der Wafer während des Transports. Diese Träger verfügen über eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, leiten die Wärme effizient vom Wafer ab und verhindern so thermische Schäden.
Komponenten der Handgriff-Unterlegscheibe
Aluminiumoxidkeramikkomponenten werden bei der Waferhandhabung eingesetzt, insbesondere in mechanischen Armen von Wafertransferrobotern. Diese Arme fungieren als Roboterhände und bewegen Wafer an bestimmte Positionen, wobei ihre Oberflächen die Wafer direkt berühren. Da Wafer extrem anfällig für Verunreinigungen sind, erfolgt die Handhabung üblicherweise in einer Vakuumumgebung. Die meisten Materialien halten diesen Bedingungen nicht stand, daher werden die mechanischen Arme aus hochbeständiger und harter Aluminiumoxidkeramik gefertigt. Die Keramiken sind zudem präzisionsgefertigt und weisen glatte Oberflächen auf, um eine minimale Kontamination zu gewährleisten. Es kommen verschiedene Konstruktionen zum Einsatz, wie Klemm-, Trag-, Vakuumadsorptions- und Bernoulli-Systeme.
Roboterarme aus Aluminiumoxid/Siliziumkarbid
Quelle: Kyocera, Japan
Handgriffdichtungsteile aus Aluminiumoxidkeramik werden hauptsächlich in Halbleitergeräten verwendet
| Produkttyp | Funktion | Anwendung für Halbleiterausrüstung |
| Roboterarm | Transportiert Wafer in die Kammer und aus ihr heraus | Verschiedene Halbleiter-Frontend-Geräte |
| Isolierteil | Verhindert elektrische Leitung; einige bieten auch Isolierung | Verschiedene Halbleiter-Frontend-Geräte |
| Kühlkörper | Kühlt Gerätekomponenten | Verschiedene Halbleiter-Frontend-Geräte |
Komponenten der Handgriff-Unterlegscheibe
Aluminiumoxidkeramikkomponenten werden in Halbleitergeräten, insbesondere in Modultypen, verwendet. In Abscheidungsverfahren wie der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) und dem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) werden Komponenten wie elektrostatische Spannfutter, Keramikheizer, Poliertische, Polierplatten, Kammern und andere Teile aus Aluminiumoxidkeramik hergestellt.
Es werden üblicherweise Polierplatten aus hochreinem Aluminiumoxid verwendet, die von Kyocera, Japan, bezogen werden.
Keramische Substrate
Keramische Substrate zeichnen sich durch hervorragende Isolationseigenschaften, hohe Festigkeit, niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie hervorragende chemische Stabilität und Wärmeleitfähigkeit aus. Sie werden häufig für die Verpackung integrierter Schaltkreise eingesetzt.
Corning hat ultradünne Substrate aus Aluminiumoxidkeramik entwickelt.
Aluminiumoxidkeramiksubstrate werden aufgrund ihrer hohen Dielektrizitätskonstante, die eine Miniaturisierung von Schaltungen ermöglicht, häufig in der HF- und Mikrowellenelektronik eingesetzt. Sie zeichnen sich zudem durch hervorragende thermische Stabilität, minimalen Temperaturdrift, hohe Substratfestigkeit und chemische Beständigkeit aus und übertreffen damit die meisten anderen Oxidmaterialien. Diese Substrate eignen sich für Dickschichtschaltungen, Dünnschichtschaltungen, Hybridschaltungen, Mikrowellenbauelemente und mehr. Aluminiumoxidkeramiksubstrate sind kostengünstig (etwa ein Zehntel des Preises von Aluminiumnitrid) und verfügen über ein ausgereiftes Produktionsverfahren. Daher werden sie in der Industrie am häufigsten hergestellt und verwendet.
CMP Poliermittel
Chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist derzeit die einzige Technologie, mit der eine globale Planarisierung erreicht werden kann, und wird häufig zum Polieren von Halbleiterwafern, zur flachen Grabenisolierung, für Kupferverbindungen und mehr verwendet.
Schleifmittel spielen bei CMP eine entscheidende Rolle, da sie mechanische Aktionen wie Mikroschneiden und Kratzen ausführen. Polierflüssigkeiten machen 49 % der CMP-Poliermaterialkosten aus, während Schleifmittel 50 % bis 70 % der Polierflüssigkeitskosten ausmachen.
Quelle: Guangzhou Huifu Forschungsinstitut
Zu den am häufigsten verwendeten Schleifmitteln zählen SiO2, CeO2 und Al2O3. Hochreines, sphärisches Aluminiumoxidpulver im Submikronbereich, das als Schleifmittel in CMP-Polierflüssigkeiten verwendet wird, bietet hohe Abtragsraten, schnelles Polieren, minimale feine Kratzer auf der polierten Oberfläche und eine hohe Glätte. Es eignet sich ideal für den Einsatz im Polierprozess von Halbleitern.
Über Epic Powder Machinery
Epische Pulvermaschinen ist ein führender Anbieter von fortschrittlichen Anlagen zur Feinstmahlung und Luftklassifizierung. Mit über 20 Jahren Branchenerfahrung unterstützen unsere innovativen Lösungen Branchen wie die Halbleiter-, Energie- und Pharmaindustrie. Wir setzen auf leistungsstarke Anlagen und herausragenden Service, um unseren Kunden optimale Ergebnisse zu ermöglichen.
Entdecken Sie unsere Produkte und Dienstleistungen und erfahren Sie, wie wir Sie bei der Optimierung Ihrer Fertigungsprozesse unterstützen können.
