Les composants en céramique d'alumine possèdent d'excellentes propriétés, telles qu'une dureté élevée, une résistance mécanique élevée, une résistance à l'usure extrême, une résistance aux hautes températures, une résistivité électrique élevée et de bonnes performances d'isolation électrique. Ils répondent aux exigences de performance complexes de la fabrication de semi-conducteurs dans des environnements spécifiques comme le vide et les hautes températures, et jouent un rôle irremplaçable et essentiel dans les lignes de production de semi-conducteurs. Leurs applications couvrent la quasi-totalité des équipements de fabrication de semi-conducteurs, ce qui en fait des composants clés de ces équipements. Avec le développement continu de l'industrie des semi-conducteurs, l'importance des composants en céramique d'alumine dans la chaîne industrielle ne fera que s'accroître.
❶...... Applications des composants en céramique d'alumine dans le domaine des semi-conducteurs
La céramique d'alumine est un type de matériau céramique dont la phase cristalline principale est l'alumine alpha (α-Al₂O₃). Selon sa teneur en alumine, on distingue deux catégories : l'alumine de haute pureté et l'alumine ordinaire.
Les performances des céramiques d'alumine s'améliorent avec l'augmentation de leur teneur en alumine ; cependant, plus cette teneur est élevée, plus le procédé de fabrication se complexifie. Dans le domaine des semi-conducteurs, les céramiques d'alumine doivent présenter des exigences de pureté extrêmement élevées, généralement supérieures à 99,5 %.
Dans le domaine des semi-conducteurs, les composants en céramique d'alumine figurent parmi les éléments clés des équipements de production. La plupart sont utilisés dans les chambres proches de la plaquette. Selon leur application, ils se répartissent principalement en différentes catégories : composants annulaires et cylindriques, systèmes de guidage de flux de gaz, supports et fixations, joints de serrage et modules.
Type anneau et cylindre
Dans le processus de gravure, afin de réduire la contamination des plaquettes pendant la gravure plasma, des revêtements d'alumine de haute pureté ou des céramiques d'alumine à forte résistance à la corrosion sont sélectionnés comme matériaux de protection pour les chambres de gravure et les revêtements de chambre.
Type de guidage du flux de gaz
Le procédé de nettoyage plasma utilise des gaz corrosifs contenant des halogènes très réactifs, tels que des gaz fluorés ou chlorés. Les buses à gaz sont généralement en céramique d'alumine et doivent présenter des propriétés telles qu'une résistance élevée au plasma, une rigidité diélectrique importante et une forte résistance à la corrosion par les gaz de procédé et les sous-produits. Par ailleurs, leur structure poreuse interne précise permet un contrôle exact du débit de gaz.
Type porteur et de fixation
Lors de la fabrication des semi-conducteurs, les plaquettes peuvent subir des traitements à haute température tels que la gravure et l'implantation ionique. Utilisés comme supports pour le transfert des plaquettes, les supports en alumine garantissent leur stabilité et leur sécurité pendant cette opération. Grâce à leur excellente conductivité thermique, les supports en alumine dissipent efficacement la chaleur générée par les plaquettes, les protégeant ainsi des dommages thermiques.
❷...... État du développement mondial des composants en céramique d'alumine pour l'industrie des semi-conducteurs
Les composants céramiques de précision désignent principalement les composants essentiels des équipements pour semi-conducteurs. Fabriqués à partir de matériaux céramiques de pointe tels que l'alumine, le nitrure d'aluminium et le carbure de silicium, ils bénéficient d'un usinage de précision. Parmi ceux-ci, les composants en alumine sont les plus utilisés et présentent la plus grande part de marché, représentant environ 45 % du marché des composants céramiques de précision.
❸...... Tendances de développement des composants en céramique d'alumine dans le domaine des semi-conducteurs
La fabrication de composants en céramique d'alumine est un secteur à forte intensité technologique. Dans les domaines de produits haut de gamme tels que les applications semi-conductrices, les entreprises ont besoin non seulement d'une longue expérience technologique, mais aussi d'une équipe de professionnels qualifiés possédant une solide expérience en production et en fabrication, ainsi qu'une excellente maîtrise des équipements.
L'innovation technologique est le principal moteur de l'utilisation généralisée de l'alumine dans les équipements pour semi-conducteurs. Avec la miniaturisation des puces, les exigences imposées aux composants de ces équipements sont de plus en plus strictes, notamment en matière de densité, d'uniformité, de résistance à la corrosion et d'autres propriétés. Ces dernières années, des chercheurs du monde entier ont mis au point divers procédés innovants pour améliorer le frittage des matériaux céramiques à base d'alumine, permettant une densification rapide à des températures plus basses. Parmi ces procédés figurent le frittage auto-entretenu à haute température, le frittage flash, le frittage à froid et le frittage sous pression oscillatoire. Le frittage à froid, en particulier, favorise le réarrangement et la diffusion des particules par l'ajout d'un solvant transitoire à la poudre et l'application d'une pression élevée (350–500 MPa), permettant ainsi une densification par frittage à une température plus basse (120–300 °C) et en un temps réduit.
La R&D continue est essentielle pour suivre le rythme effréné des évolutions et des renouvellements du marché. Actuellement, le processus de fabrication mondial des circuits intégrés a atteint la technologie de pointe des 3 nanomètres. Les équipements pour semi-conducteurs et leurs composants de précision doivent faire l'objet d'améliorations constantes en matière de R&D et de procédés afin de répondre aux besoins de production des secteurs en aval. Lors de la mise à niveau ou du remplacement d'un équipement pour semi-conducteurs, les exigences spécifiques relatives aux composants du nouvel équipement évoluent simultanément. Avec le développement de la technologie des semi-conducteurs, les exigences de performance des composants en céramique d'alumine deviennent de plus en plus strictes, notamment en termes de résistance à l'usure, de résistance aux hautes températures et d'isolation électrique. La tendance industrielle s'oriente vers la R&D de poudres d'alumine plus pures et aux structures plus raffinées, ainsi que vers l'adoption de technologies de préparation avancées.