Nhôm oxit, nguyên liệu thô cho các sản phẩm nhôm và vật liệu phụ trợ trong các ngành công nghiệp như hóa chất và máy móc, từ lâu đã đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc gia. Với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp mới nổi như chất bán dẫn, nhu cầu về vật liệu hiệu suất cao đã tăng vọt. Các sản phẩm nhôm oxit cao cấp đã trở nên thiết yếu, đặc biệt là trong thị trường chất bán dẫn trị giá hàng nghìn tỷ đô la, nơi nhôm oxit là vật liệu nền tảng chủ chốt.
Thị trường bán dẫn
Khi các ứng dụng như AI, truyền thông 5G, IoT, điện toán đám mây, điện tử ô tô, robot và máy bay không người lái tiếp tục phát triển, ngành công nghiệp bán dẫn cũng đang bùng nổ.
Theo một số tổ chức nghiên cứu thị trường, thị trường bán dẫn toàn cầu đã chứng kiến sự tăng trưởng đáng kể vào năm 2024. Ví dụ, Cơ quan Thống kê Thương mại Bán dẫn Thế giới (WSTS) báo cáo rằng thị trường bán dẫn toàn cầu đạt 45,76 nghìn tỷ Nhân dân tệ vào năm 2024, tăng 19%. Thị trường bán dẫn Trung Quốc tăng 20%, chiếm 30% của thị trường toàn cầu. WSTS dự báo mức tăng trưởng 11,2% vào năm 2025, đạt 697 tỷ USD. Deloitte cũng dự đoán doanh số năm 2025 là 697 tỷ USD và dự kiến ngành công nghiệp bán dẫn sẽ đạt 1 nghìn tỷ USD vào năm 2030.
Ứng dụng của nhôm oxit trong ngành công nghiệp bán dẫn
Linh kiện thiết bị bán dẫn
Các chi tiết gốm alumina được biết đến với độ cứng cao, độ bền cơ học, khả năng chống mài mòn, khả năng chịu nhiệt độ cao, điện trở suất và tính chất cách điện. Những đặc tính này khiến chúng trở nên thiết yếu cho sản xuất chất bán dẫn trong môi trường chân không, nhiệt độ cao và các môi trường đặc biệt khác. Alumina đóng vai trò không thể thay thế trong dây chuyền sản xuất chất bán dẫn, bao phủ hầu hết các thiết bị bán dẫn và tạo thành các bộ phận cốt lõi của thiết bị.
Các thành phần gốm alumina được phân loại theo mục đích sử dụng, bao gồm các loại vòng và xi lanh, ống dẫn luồng không khí, đồ gá chịu lực, vòng đệm cầm tay và mô-đun.
Loại vòng và xi lanh: Trong quá trình khắc, lớp phủ alumina độ tinh khiết cao hoặc các bộ phận gốm được sử dụng cho buồng khắc và lớp lót của chúng. Những vật liệu này có khả năng chống ăn mòn cao và giảm thiểu ô nhiễm trong quá trình khắc plasma.
Linh kiện gốm nhôm trong thiết bị bán dẫn
| Loại sản phẩm | Chức năng | Ứng dụng thiết bị bán dẫn |
| Vòng Molypden | Tăng cường khả năng dẫn khí, cách nhiệt và chống ăn mòn | Thiết bị lắng đọng màng mỏng |
| Vòng bảo vệ | Bảo vệ các thành phần mô-đun chính như mâm cặp tĩnh điện và bộ gia nhiệt gốm | Thiết bị lắng đọng màng mỏng, thiết bị khắc |
| Vòng cạnh | Ngăn ngừa tràn huyết tương | Thiết bị lắng đọng màng mỏng, thiết bị khắc |
| Vòng lấy nét | Tập trung huyết tương bên trong buồng | Thiết bị lắng đọng màng mỏng, thiết bị khắc, thiết bị cấy ion |
| Vỏ bảo vệ | Niêm phong và hấp thụ các chất thải trong quá trình | Thiết bị lắng đọng màng mỏng, thiết bị khắc |
| Vòng kẹp đất | Bảo vệ và hỗ trợ các thành phần | Thiết bị lắng đọng màng mỏng, thiết bị khắc |
| Lớp lót | Tăng cường hướng dẫn khí để hình thành màng đồng đều hơn | Thiết bị khắc |
| Thùng nhiệt | Cải thiện hiệu suất kiểm soát nhiệt độ | Thiết bị lắng đọng màng mỏng, thiết bị khắc, thiết bị cấy ion |
| Ống bảo vệ cặp nhiệt điện | Bảo vệ cặp nhiệt điện trong môi trường nhiệt độ và lý hóa tương đối ổn định | Nhiều thiết bị đầu cuối bán dẫn khác nhau |
Linh kiện dẫn hướng dòng khí
Trong quy trình làm sạch plasma, khí ăn mòn chứa các nguyên tố halogen phản ứng mạnh như flo và clo được sử dụng. Vòi phun khí thường được làm từ gốm alumina, đòi hỏi điện trở plasma cao, độ bền điện môi và khả năng chống ăn mòn mạnh đối với khí và sản phẩm phụ của quy trình. Các vòi phun này cũng có cấu trúc lỗ rỗng bên trong chính xác để kiểm soát dòng khí chính xác.
Các thành phần gốm nhôm dẫn khí chủ yếu được sử dụng trong thiết bị bán dẫn
| Loại sản phẩm | Chức năng | Ứng dụng thiết bị bán dẫn |
| Vòi phun, Tấm phân phối khí, Vòng hạn chế, Tấm khuếch tán | Hướng dẫn dòng khí, đảm bảo phân phối đồng đều và tốc độ ổn định của khí quy trình, đồng thời tạo ra môi trường quy trình được kiểm soát | Thiết bị lắng đọng màng mỏng, thiết bị khắc |
| Tấm che vòi phun | Hoạt động như một phụ kiện cho vòi phun và hấp thụ các chất thải trong quá trình | Thiết bị lắng đọng màng mỏng, thiết bị khắc |
Các thành phần chịu lực và cố định
Trong quá trình sản xuất chất bán dẫn, wafer có thể trải qua các quá trình xử lý nhiệt độ cao như khắc và cấy ion. Vật liệu mang wafer bằng nhôm được sử dụng để đảm bảo độ ổn định và an toàn của wafer trong quá trình vận chuyển. Các vật liệu mang này có khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời, tản nhiệt hiệu quả và hướng nhiệt ra khỏi wafer, ngăn ngừa hư hỏng do nhiệt.
Linh kiện máy giặt tay cầm
Linh kiện gốm alumina được sử dụng trong việc xử lý wafer, đặc biệt là trong các cánh tay cơ khí được lắp đặt trên robot chuyển wafer. Những cánh tay này hoạt động giống như bàn tay của robot, di chuyển các wafer đến các vị trí cụ thể, với bề mặt tiếp xúc trực tiếp với wafer. Do wafer cực kỳ dễ bị nhiễm bẩn, việc xử lý thường được thực hiện trong môi trường chân không. Hầu hết các vật liệu không thể chịu được các điều kiện này, vì vậy các cánh tay cơ khí được làm từ gốm alumina có độ bền và độ cứng cao. Gốm cũng được chế tạo chính xác với bề mặt nhẵn, đảm bảo giảm thiểu nhiễm bẩn. Nhiều thiết kế khác nhau được sử dụng, chẳng hạn như kẹp, chịu tải, hấp phụ chân không và hệ thống Bernoulli.
Cánh tay robot bằng nhôm/silicon carbide
Nguồn: Kyocera, Nhật Bản
Các bộ phận gốm nhôm loại gioăng tay cầm chủ yếu được sử dụng trong thiết bị bán dẫn
| Loại sản phẩm | Chức năng | Ứng dụng thiết bị bán dẫn |
| Cánh tay robot | Chuyển các tấm wafer vào và ra khỏi buồng | Nhiều thiết bị đầu cuối bán dẫn khác nhau |
| Phần cách điện | Ngăn chặn sự dẫn điện; một số còn cung cấp khả năng cách điện | Nhiều thiết bị đầu cuối bán dẫn khác nhau |
| Tản nhiệt | Làm mát các thành phần thiết bị | Nhiều thiết bị đầu cuối bán dẫn khác nhau |
Linh kiện máy giặt tay cầm
Linh kiện gốm alumina được sử dụng trong thiết bị bán dẫn, đặc biệt là trong các loại mô-đun. Trong các quy trình lắng đọng như lắng đọng hơi vật lý (PVD), lắng đọng hơi hóa học (CVD) và đánh bóng cơ học hóa học (CMP), các linh kiện như mâm cặp tĩnh điện, bộ gia nhiệt gốm, bàn đánh bóng, tấm đánh bóng, buồng đánh bóng và các bộ phận khác được chế tạo từ gốm alumina.
Tấm đánh bóng nhôm có độ tinh khiết cao thường được sử dụng, có nguồn gốc từ Kyocera, Nhật Bản.
Chất nền gốm
Vật liệu nền gốm nổi bật nhờ đặc tính cách điện tuyệt vời, độ bền cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp, độ ổn định hóa học và độ dẫn nhiệt tuyệt vời. Chúng được ưa chuộng rộng rãi để sử dụng trong đóng gói mạch tích hợp.
Corning đã phát triển chất nền gốm alumina siêu mỏng.
Tấm nền gốm alumina được sử dụng rộng rãi trong điện tử RF và vi sóng nhờ hằng số điện môi cao, cho phép thu nhỏ mạch. Chúng cũng thể hiện độ ổn định nhiệt tuyệt vời, độ trôi nhiệt tối thiểu, độ bền tấm nền cao và độ ổn định hóa học vượt trội so với hầu hết các vật liệu oxit khác. Những tấm nền này phù hợp cho mạch màng dày, mạch màng mỏng, mạch lai, mô-đun linh kiện vi sóng, v.v. Tấm nền gốm alumina có giá thành hợp lý (khoảng 1/10 giá nhôm nitride), với quy trình sản xuất tiên tiến, khiến chúng trở thành vật liệu được sản xuất và sử dụng rộng rãi nhất trong ngành.
Vật liệu mài mòn đánh bóng CMP
Đánh bóng cơ học hóa học (CMP) hiện là công nghệ duy nhất có thể đạt được độ phẳng toàn cầu và được sử dụng rộng rãi trong đánh bóng wafer bán dẫn, cách ly rãnh nông, kết nối đồng, v.v.
Vật liệu mài mòn đóng vai trò quan trọng trong CMP bằng cách thực hiện các tác động cơ học như cắt vi mô và cào xước. Dung dịch đánh bóng chiếm 49% chi phí vật liệu đánh bóng CMP, trong khi vật liệu mài mòn chiếm 50%-70% chi phí dung dịch đánh bóng.
Nguồn: Viện nghiên cứu Huifu Quảng Châu
Các loại vật liệu mài mòn được sử dụng phổ biến nhất bao gồm SiO2, CeO2 và Al2O3. Trong số đó, bột alumina hình cầu siêu mịn, được sử dụng làm vật liệu mài mòn trong dung dịch đánh bóng CMP, có tốc độ loại bỏ cao, đánh bóng nhanh, ít trầy xước mịn trên bề mặt đánh bóng và độ mịn cao. Sản phẩm lý tưởng để sử dụng trong quá trình đánh bóng chất bán dẫn.
Giới thiệu về Epic Powder Machinery
Máy móc bột Epic là nhà cung cấp hàng đầu các thiết bị nghiền siêu mịn và phân loại bằng khí tiên tiến. Với hơn 20 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực này, các giải pháp tiên tiến của chúng tôi hỗ trợ các ngành công nghiệp như chất bán dẫn, năng lượng mới và dược phẩm. Chúng tôi cam kết cung cấp thiết bị hiệu suất cao và dịch vụ vượt trội để giúp khách hàng đạt được kết quả tốt nhất.
Khám phá các sản phẩm và dịch vụ của chúng tôi để tìm hiểu cách chúng tôi có thể hỗ trợ bạn tối ưu hóa quy trình sản xuất.
