中國粉體網(wǎng)訊 近年來，高擊穿電場(chǎng)和高導(dǎo)熱性的碳化硅（SiC）被越來越多地用于電動(dòng)汽車逆變器的材料。隨著電動(dòng)汽車電池電壓從400V增加到800V，對(duì)更快的充電速度和更高功率密度的需求隨之增長。然而，電動(dòng)汽車的強(qiáng)勁市場(chǎng)需求并未使得采用物理氣相傳輸（PVT）方法制造的SiC襯底的生產(chǎn)效率得到提升。
來源：東海證券研究所
通常，生產(chǎn)1.5至3厘米厚的碳化硅錠需要5至10天，此后，SiC錠需經(jīng)多個(gè)工藝步驟，包括切割、平整、切片、磨邊、激光打標(biāo)、機(jī)械研磨、磨削、化學(xué)機(jī)械研磨（CMP）、CMP后清洗、檢查和封裝，最終產(chǎn)出10至20片SiC襯底。
CMP和CMP后清洗工藝在降低SiC晶圓表面粗糙度、表面劃痕和污染方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。同時(shí)，CMP綜合了化學(xué)研磨和機(jī)械研磨的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)到原子級(jí)的表面粗糙度。如果晶圓制造過程中無法做到納米級(jí)全局平坦化，既無法重復(fù)進(jìn)行光刻、刻蝕、薄膜和摻雜等關(guān)鍵工藝，也無法將制程節(jié)點(diǎn)縮小至納米級(jí)的先進(jìn)領(lǐng)域。
CMP設(shè)備主要分為兩部分，即拋光部分和清洗部分，拋光部分由4部分組成，即3個(gè)拋光轉(zhuǎn)盤和一個(gè)圓片裝卸載模塊。清洗部分負(fù)責(zé)圓片的清洗和甩干，實(shí)現(xiàn)圓片的“干進(jìn)干出”。在整個(gè)拋光設(shè)備中，氧化鋁陶瓷“無處不在”。
陶瓷精密件在半導(dǎo)體設(shè)備中的用途分布
來源：Wind，梧桐樹半導(dǎo)體整理
高純超細(xì)氧化鋁——CMP拋光中的重要磨料
在CMP工藝中，拋光液和拋光墊是關(guān)鍵耗材。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，全球CMP材料成本占比中，拋光液用量最大，其中拋光液占比49%，拋光墊占比33%，合計(jì)占比82%。
CMP材料細(xì)分占比
來源：東海證券研究所
拋光液是影響化學(xué)機(jī)械拋光質(zhì)量和拋光效率的關(guān)鍵因素之一，高純氧化鋁作為拋光液的磨料部分，其性能便尤為重要，尤其隨著碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的興起，高純超細(xì)氧化鋁在半導(dǎo)體拋光中的應(yīng)用顯得更為重要。
實(shí)際上，目前市場(chǎng)上使用最為廣泛的幾種磨料是SiO2、CeO2、Al2O3。隨著LED 行業(yè)的發(fā)展，藍(lán)寶石襯底的需求日益增長，Al2O3拋光液在CMP中的應(yīng)用顯得更為重要。藍(lán)寶石襯底材料拋光目前在國內(nèi)多采用SiO2磨料拋光液。由于SiO2 硬度較小、拋光速率低，而α-Al2O3磨料對(duì)硬度較大的襯底有良好的拋光速率，所以納米級(jí)α-Al2O3磨料在化學(xué)機(jī)械拋光中有很好的應(yīng)用前景。氧化鋁磨料在使用中存在易劃傷、拋光液不穩(wěn)定等問題，近年來對(duì)納米氧化鋁在拋光液中的應(yīng)用是CMP技術(shù)的研究熱點(diǎn)。制備出形狀規(guī)則、粒徑大小合適的氧化鋁顆粒是制備氧化鋁拋光液的基礎(chǔ)。
住友化學(xué)開發(fā)的超細(xì)級(jí)α-氧化鋁“NXA系列”，具有粒徑150nm（0.15μm）的均勻、超細(xì)顆粒特性或更細(xì)。該產(chǎn)品除了用作下一代半導(dǎo)體的磨料外，還適用于尖端領(lǐng)域，例如由于其易于燒結(jié)的超細(xì)顆粒而需要高強(qiáng)度和耐化學(xué)性的半導(dǎo)體制造設(shè)備部件。
住友化學(xué)“NXA系列”（NXA-100）產(chǎn)品
氧化鋁晶圓拋光盤
目前，采用陶瓷研磨盤研磨半導(dǎo)體晶圓是最先進(jìn)的研磨方法，采用雙面研磨工藝對(duì)切割好的晶圓片進(jìn)行研磨，并通過改善研磨工藝（磨盤材質(zhì)、研磨液、研磨壓力及研磨轉(zhuǎn)速等）來提高研磨片的質(zhì)量；尤其是使用陶瓷盤代替鑄鐵盤，避免研磨時(shí)對(duì)晶片的主面造成傷痕或污染，減少了金屬離子的引入，可減少晶圓的后續(xù)加工量，縮短后續(xù)工序（腐蝕)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，而且減少晶圓加工的損耗，大大地提高了晶圓的利用率。
通常采用氧化鋁陶瓷來制備晶圓拋光盤，要求具有高純度、高化學(xué)耐久性以及良好的表面形狀和粗糙度的控制。
高純氧化鋁晶圓拋光盤
氧化鋁陶瓷機(jī)械搬運(yùn)臂
CMP設(shè)備中，晶圓首先從晶圓盒被機(jī)械壁拾取，被精準(zhǔn)地定位和對(duì)準(zhǔn)到拋光頭下方的平臺(tái)上，拋光頭通常具有真空吸附的功能，當(dāng)晶圓置于其下方時(shí)，拋光頭向下運(yùn)動(dòng)，通過真空吸附將晶圓牢固地吸附在拋光頭上。一旦晶圓被固定，拋光頭將晶圓移動(dòng)到拋光墊上，進(jìn)行拋光工藝。
氧化鋁陶瓷搬運(yùn)臂，來源：圣瓷
為避免晶圓片受到污染，一般在真空環(huán)境進(jìn)行搬運(yùn)，搬運(yùn)臂需要耐高溫、耐磨、并且硬度也需要很高，氧化鋁陶瓷和碳化硅陶瓷的都具備致密質(zhì)、高硬度、高耐磨性的物理性質(zhì)，以及良好的耐熱性能、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、高溫環(huán)境仍具有良好的絕緣性、良好的抗腐蝕性等物理性能，是用于制作半導(dǎo)體設(shè)備機(jī)械手臂的絕佳材料。
氧化鋁真空吸盤
真空吸盤的常見的材質(zhì)有氧化鋁和碳化硅，陶瓷內(nèi)部形成中空結(jié)構(gòu)，通過向多孔基體施加負(fù)壓力來吸附、固定被吸附物，這種一體化中空結(jié)構(gòu)陶瓷的制備工藝具有很高的技術(shù)門檻，主要用作晶圓薄化程序的加工用固定夾具（磨床、拋光機(jī)、CMP）、各種類型的測(cè)量裝置、檢查裝置的固定夾具、薄膜片材和金屬基板等的加工用固定夾具等。
氧化鋁真空吸盤，來源：NTK
參考來源：
吳俊星等：氧化鋁拋光液磨料制備及其穩(wěn)定性研究進(jìn)展
燕禾等：化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
東海研究：電子深度：拋光鉆孔千回檢，先進(jìn)工藝技術(shù)帶來CMP拋光材料新增長空間——半導(dǎo)體行業(yè)深度報(bào)告(五)
未來智庫：半導(dǎo)體行業(yè)專題報(bào)告：先進(jìn)工藝帶來CMP拋光材料新增長空間
半導(dǎo)體信息：化學(xué)機(jī)械拋光和清洗工藝整合減少SiC襯底的表面污染
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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