알루미늄 제품의 원료이자 화학 및 기계 산업의 보조재인 알루미나는 오랫동안 국가 경제에서 중요한 역할을 해왔습니다. 반도체와 같은 신흥 산업의 급속한 발전으로 고성능 소재에 대한 수요가 급증했습니다. 특히 수조 달러 규모의 반도체 시장에서 알루미나는 핵심 기반 소재로 사용되면서 고급 알루미나 제품의 중요성이 더욱 커지고 있습니다.
반도체 시장
AI, 5G 통신, IoT, 클라우드 컴퓨팅, 자동차 전자 장치, 로봇 공학, 드론과 같은 애플리케이션이 계속해서 성장함에 따라 반도체 산업이 붐을 일으키고 있습니다.
여러 시장 조사 기관에 따르면, 세계 반도체 시장은 2024년에 상당한 성장을 보였습니다. 예를 들어, 세계 반도체 무역 통계국(WSTS)에 따르면, 2024년 세계 반도체 시장 규모는 45조 7,600억 위안(약 6,000조 원)으로 1조 9,100억 위안(약 2,000조 원) 증가했습니다. 중국 반도체 시장은 2조 1,000억 위안(약 2,000조 원) 성장하여 세계 반도체 시장의 3조 1,000억 위안(약 3,000조 원)을 차지했습니다. WSTS는 2025년에 11조 2,100억 위안(약 3,000조 원) 성장하여 6,970억 달러(약 7,000조 원)에 이를 것으로 전망했습니다. 딜로이트 또한 2025년 매출을 6,970억 달러(약 7,000조 원)로 예상하고 있으며, 2030년에는 반도체 산업 매출이 1조 달러(약 1,000조 원)에 달할 것으로 전망했습니다.
반도체 산업에서의 알루미나 응용
반도체 장비 부품
알루미나 세라믹 부품은 높은 경도, 기계적 강도, 내마모성, 고온 내구성, 전기 저항률 및 절연 특성으로 잘 알려져 있습니다. 이러한 특성으로 인해 진공, 고온 및 기타 특수 환경에서의 반도체 제조에 필수적입니다. 알루미나는 반도체 생산 라인에서 거의 모든 반도체 장비를 포괄하며 핵심 부품을 형성하는 필수적인 역할을 합니다.
알루미나 세라믹 부품은 링 및 실린더 유형, 공기 흐름 가이드, 하중 지지 고정 장치, 핸드헬드 와셔, 모듈 등 용도에 따라 분류됩니다.
링 및 실린더 유형: 에칭 공정에서는 에칭 챔버와 라이너에 고순도 알루미나 코팅 또는 세라믹 부품을 사용합니다. 이러한 소재는 내식성이 뛰어나며 플라즈마 에칭 중 오염을 줄여줍니다.
반도체 장비의 알루미나 세라믹 부품
| 제품 유형 | 기능 | 반도체 장비 응용 분야 |
| 몰리브덴 링 | 가스 유도, 절연 및 내식성을 향상시킵니다. | 박막증착장비 |
| 보호 반지 | 정전척 및 세라믹 히터와 같은 주요 모듈 구성 요소를 보호합니다. | 박막증착장비, 식각장비 |
| 엣지 링 | 플라즈마 오버플로우 방지 | 박막증착장비, 식각장비 |
| 포커스 링 | 챔버 내부에 플라즈마를 농축합니다. | 박막증착장비, 에칭장비, 이온주입장비 |
| 보호 커버 | 공정 잔류물을 밀봉하고 흡착합니다. | 박막증착장비, 식각장비 |
| 접지 클램프 링 | 구성 요소를 보호하고 지원합니다 | 박막증착장비, 식각장비 |
| 정기선 | 더욱 균일한 필름 형성을 위해 가스 유도를 향상시킵니다. | 에칭 장비 |
| 열 배럴 | 온도 조절 성능 향상 | 박막증착장비, 에칭장비, 이온주입장비 |
| 열전대 보호관 | 비교적 안정적인 온도 및 물리화학적 환경에서 열전대를 보호합니다. | 다양한 반도체 전단 장비 |
가스 흐름 가이드 구성 요소
플라즈마 세정 공정에서는 불소 및 염소와 같은 반응성이 높은 할로겐 원소를 함유한 부식성 가스가 사용됩니다. 가스 노즐은 일반적으로 알루미나 세라믹으로 제작되며, 높은 플라즈마 저항성, 유전 강도, 그리고 공정 가스 및 부산물에 대한 강한 내식성이 요구됩니다. 또한, 이러한 노즐은 가스 흐름을 정확하게 제어하기 위해 정밀한 내부 기공 구조를 가지고 있습니다.
가스가이드 알루미나 세라믹 부품은 주로 반도체 장비에 사용됩니다.
| 제품 유형 | 기능 | 반도체 장비 응용 분야 |
| 노즐, 가스 분배판, 제한 링, 확산판 | 가스 흐름을 안내하고, 공정 가스의 균일한 분포와 안정적인 속도를 보장하며, 제어된 공정 환경을 조성합니다. | 박막증착장비, 식각장비 |
| 노즐 커버 플레이트 | 노즐 부착물 역할을 하며 공정 잔류물을 흡착합니다. | 박막증착장비, 식각장비 |
하중 지지 및 고정 구성 요소
반도체 제조 과정에서 웨이퍼는 에칭이나 이온 주입과 같은 고온 처리를 거칠 수 있습니다. 알루미나 웨이퍼 캐리어는 운송 중 웨이퍼의 안정성과 안전성을 보장하기 위해 사용됩니다. 이 캐리어는 뛰어난 열전도도를 가지고 있어 웨이퍼에서 발생하는 열을 효율적으로 방출하고 방출하여 열 손상을 방지합니다.
핸드그립 와셔 구성품
알루미나 세라믹 부품은 웨이퍼 핸들링, 특히 웨이퍼 이송 로봇에 설치된 기계식 암에 사용됩니다. 이 암은 로봇의 손처럼 작동하여 웨이퍼를 특정 위치로 이동시키고, 표면은 웨이퍼에 직접 접촉합니다. 웨이퍼는 오염에 매우 취약하기 때문에 일반적으로 진공 환경에서 핸들링이 이루어집니다. 대부분의 소재는 이러한 환경을 견딜 수 없기 때문에 기계식 암은 내구성과 경도가 매우 높은 알루미나 세라믹으로 제작됩니다. 또한, 세라믹은 매끄러운 표면을 가지도록 정밀하게 설계되어 오염을 최소화합니다. 클램핑, 하중 지지, 진공 흡착, 베르누이 시스템 등 다양한 설계가 사용됩니다.
알루미나/실리콘 카바이드 로봇 팔
출처: 교세라, 일본
핸드그립 개스킷형 알루미나 세라믹 부품은 주로 반도체 장비에 사용됩니다.
| 제품 유형 | 기능 | 반도체 장비 응용 분야 |
| 로봇 팔 | 웨이퍼를 챔버 안팎으로 옮깁니다. | 다양한 반도체 전단 장비 |
| 절연 부분 | 전기 전도를 방지합니다. 일부는 절연도 제공합니다. | 다양한 반도체 전단 장비 |
| 방열판 | 장비 구성 요소를 냉각합니다 | 다양한 반도체 전단 장비 |
핸드그립 와셔 구성품
알루미나 세라믹 부품은 반도체 장비, 특히 모듈형 장비에 사용됩니다. 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 화학 기계적 연마(CMP)와 같은 증착 공정에서 정전척, 세라믹 히터, 연마 테이블, 연마판, 챔버 및 기타 부품과 같은 부품은 알루미나 세라믹으로 제작됩니다.
일반적으로 사용되는 고순도 알루미나 연마판은 일본 교세라에서 공급합니다.
세라믹 기판
세라믹 기판은 뛰어난 절연성, 높은 강도, 낮은 열팽창 계수, 그리고 뛰어난 화학적 안정성과 열전도도를 자랑합니다. 집적 회로 패키징에 널리 사용되는 것으로 알려져 있습니다.
코닝은 초박형 알루미나 세라믹 기판을 개발했습니다.
알루미나 세라믹 기판은 높은 유전율로 인해 RF 및 마이크로파 전자 제품에 널리 사용되며, 회로 소형화를 가능하게 합니다. 또한 뛰어난 열 안정성, 최소 온도 드리프트, 높은 기판 강도 및 화학적 안정성을 나타내어 대부분의 다른 산화물 재료보다 성능이 뛰어납니다. 이러한 기판은 후막 회로, 박막 회로, 하이브리드 회로, 마이크로파 부품 모듈 등에 적합합니다. 알루미나 세라믹 기판은 비용 효율적(질화알루미늄 가격의 약 1/10)이며, 생산 공정이 성숙되어 있어 업계에서 가장 널리 생산되고 사용됩니다.
CMP 연마 연마재
화학적 기계적 연마(CMP)는 현재 전반적인 평탄화를 달성할 수 있는 유일한 기술이며 반도체 웨이퍼 연마, 얕은 트렌치 분리, 구리 상호 연결 등에 널리 사용되고 있습니다.
연마재는 미세 절삭 및 스크래칭과 같은 기계적 작용을 수행하여 CMP에서 중요한 역할을 합니다. 연마액은 CMP 연마재 비용의 49%를 차지하는 반면, 연마재는 연마액 비용의 50%~70%를 차지합니다.
출처: 광저우 후이푸 연구소
가장 일반적으로 사용되는 연마재로는 SiO₂, CeO₂, Al₂O₃가 있습니다. 그중에서도 CMP 연마액의 연마재로 사용되는 고순도 서브미크론 구형 알루미나 분말은 높은 연마 속도, 빠른 연마 속도, 연마 표면의 미세 스크래치 최소화, 그리고 높은 평활성을 제공합니다. 반도체 연마 공정에 사용하기에 이상적입니다.
Epic Powder Machinery 소개
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