氧化鋁作為鋁製品的原料，以及化學、機械等產業的輔助材料，長期以來在國家經濟中扮演重要角色。隨著半導體等新興產業的快速發展，對高性能材料的需求激增。高端氧化鋁產品至關重要，尤其是在萬億美元的半導體市場，而氧化鋁是其中的關鍵基礎材料。
半導體市場
隨著人工智慧、5G通訊、物聯網、雲端運算、汽車電子、機器人、無人機等應用的不斷增長，半導體產業正在蓬勃發展。
根據多家市場研究機構預測，2024年全球半導體市場將大幅成長。例如，世界半導體貿易統計組織（WSTS）報告顯示，2024年全球半導體市場規模將達45.76兆元人民幣，較去年同期成長19.1%。其中，中國半導體市場規模成長20.1%，佔全球市場的30.1%。 WSTS預測，2025年全球半導體市場規模將成長11.21%，達到6,970億美元。德勤也預測2025年全球半導體市場規模將達到6,970億美元，並預計2030年全球半導體產業銷售額將達到1兆美元。
氧化鋁在半導體產業的應用
半導體設備組件
氧化鋁陶瓷零件以其高硬度、機械強度、耐磨性、耐高溫性、電阻率和絕緣性而聞名。這些特性使其成為在真空、高溫等特殊環境下進行半導體製造的必備材料。氧化鋁在半導體生產線中發揮著不可替代的作用，幾乎覆蓋了所有半導體設備，是設備的核心部件。
氧化鋁陶瓷零件依用途分類，包括環型、圓柱型、氣流導引器、承重固定裝置、手持式墊圈和模組。
環形和圓柱形：在蝕刻製程中，蝕刻室及其內襯採用高純度氧化鋁塗層或陶瓷零件。這些材料具有很強的耐腐蝕性，可減少等離子蝕刻過程中的污染。
半導體設備中的氧化鋁陶瓷元件
| 產品類型 | 功能 | 半導體設備應用 |
| 鉬環 | 增強氣體引導、絕緣和耐腐蝕性 | 薄膜沉積設備 |
| 保護環 | 保護靜電吸盤和陶瓷加熱器等關鍵模組組件 | 薄膜沉積設備、蝕刻設備 |
| 邊緣環 | 防止血漿溢出 | 薄膜沉積設備、蝕刻設備 |
| 對焦環 | 將血漿濃縮在腔體內 | 薄膜沉積設備、蝕刻設備、離子注入設備 |
| 保護蓋 | 密封並吸附製程殘留物 | 薄膜沉積設備、蝕刻設備 |
| 接地夾環 | 固定並支撐組件 | 薄膜沉積設備、蝕刻設備 |
| 襯墊 | 增強氣體引導，實現更均勻的成膜 | 蝕刻設備 |
| 熱能槍管 | 提高溫度控制性能 | 薄膜沉積設備、蝕刻設備、離子注入設備 |
| 熱電偶保護管 | 在相對穩定的溫度和物理化學環境中保護熱電偶 | 各類半導體前端設備 |
氣體流動引導組件
在等離子清洗製程中，會使用含有氟和氯等高活性鹵素元素的腐蝕性氣體。氣體噴嘴通常由氧化鋁陶瓷製成，需要具備高抗等離子體性能、介電強度以及對製程氣體和副產物的強抗腐蝕性。這些噴嘴還具有精確的內部孔洞結構，以精確控制氣體流量。
導氣氧化鋁陶瓷元件主要應用於半導體設備
| 產品類型 | 功能 | 半導體設備應用 |
| 噴嘴、氣體分配板、限制環、擴散板 | 引導氣流，確保製程氣體的均勻分佈和穩定速度，並創造受控的製程環境 | 薄膜沉積設備、蝕刻設備 |
| 噴嘴蓋板 | 用作噴嘴附件並吸附製程殘留物 | 薄膜沉積設備、蝕刻設備 |
承重及固定部件
在半導體製造過程中，晶圓可能要經過蝕刻和離子注入等高溫處理。氧化鋁晶圓載體用於確保晶圓在運輸過程中的穩定性和安全性。這些載體具有出色的導熱性，能夠有效地散熱並將熱量從晶圓上導走，防止晶圓受到熱損傷。
手把墊圈組件
氧化鋁陶瓷組件用於晶圓處理，尤其是安裝在晶圓傳送機器人上的機械手臂。這些機械手臂的作用類似機器人的手，將晶圓移動到特定位置，其表面直接接觸晶圓。由於晶圓極易受到污染，因此處理通常在真空環境中進行。大多數材料無法承受這種環境，因此機械手臂採用高耐用性和高硬度的氧化鋁陶瓷製成。這些陶瓷經過精密加工，表面光滑，可最大程度地減少污染。機械手臂採用各種設計，例如夾緊式、承重式、真空吸附式和伯努利系統。
氧化鋁/碳化矽機械手臂
資料來源：日本京瓷
手握墊片型氧化鋁陶瓷零件主要應用於半導體設備
| 產品類型 | 功能 | 半導體設備應用 |
| 機械手臂 | 將晶圓傳送進出腔室 | 各類半導體前端設備 |
| 絕緣部分 | 防止導電；有些還提供絕緣 | 各類半導體前端設備 |
| 散熱器 | 冷卻設備零件 | 各類半導體前端設備 |
手把墊圈組件
氧化鋁陶瓷零件廣泛應用於半導體設備，尤其是模組設備。在物理氣相沉積 (PVD)、化學氣相沉積 (CVD) 和化學機械拋光 (CMP) 等沉積過程中，靜電吸盤、陶瓷加熱器、拋光台、拋光板、腔室等部件均由氧化鋁陶瓷製成。
常用的是高純度氧化鋁拋光板，產自日本京瓷。
陶瓷基板
陶瓷基板因其優異的絕緣性能、高強度、低熱膨脹係數、優異的化學穩定性和導熱性而備受青睞，在積體電路封裝領域廣泛應用。
康寧開發了超薄氧化鋁陶瓷基板。
氧化鋁陶瓷基板因其高介電常數，廣泛應用於射頻和微波電子領域，從而實現電路微型化。它們還具有優異的熱穩定性、極小的溫度漂移、高基板強度和化學穩定性，優於大多數其他氧化物材料。這些基板適用於厚膜電路、薄膜電路、混合電路、微波元件模組等。氧化鋁陶瓷基板成本低廉（約氮化鋁的十分之一），生產製程成熟，是業界生產和應用最廣泛的基板。
CMP拋光磨料
化學機械拋光（CMP）是目前唯一能實現整體平坦化的技術，廣泛應用於半導體晶圓拋光、淺溝槽隔離、銅互連等領域。
磨料在CMP過程中發揮至關重要的作用，它能進行微切割和刮擦等機械作用。拋光液佔CMP拋光材料成本的49%，而磨料則佔拋光液成本的50%-70%。
來源：廣州匯款天下研究院
最常用的磨料包括SiO2、CeO2和Al2O3。其中，高純度亞微米球形氧化鋁粉用作CMP拋光液的磨料，具有去除率高、拋光速度快、拋光錶面細小划痕少、表面光滑度高等特點，是半導體拋光工藝的理想選擇。
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