半導体セラミック部品の焼結工程

半導体デバイスには、エッチング装置、フォトリソグラフィー装置、イオン注入装置などの半導体装置が必要です。これらの半導体デバイスの内部には、多数のセラミック部品が使用されています。セラミックス材料は、高温耐性、耐食性、高精度、高強度などの優れた特性を備えており、半導体装置の用途に適しています。多くのセラミック部品は半導体プロセスの重要な部品であり、ウェーハに直接接触します。ウェーハ表面温度の正確な制御と急速な加熱または冷却を実現できます。

半導体セラミック部品 に属する 先進的なセラミックス、通常はアルミナ (Al₂O₃)、炭化ケイ素 (SiC)、窒化アルミニウム (AlN)、窒化ケイ素 (Si₃N₄)、イットリア (Y₂O₃) などの高純度の超微細無機材料から作られます。半導体セラミック部品には次のような種類があります。 半導体ロボットアーム, セラミックノズル、セラミック窓、 セラミックキャビティカバー、多孔質セラミック真空吸盤など。

半導体セラミック部品の製造工程には、主に粉末準備、粉末成形、高温焼結、精密機械加工、品質検査、表面処理が含まれます。

焼結工程に関しては、セラミック部品によっては脱脂後に焼結を行うものと、脱脂と焼結を同時に行うものがあります。通常、脱結合温度は焼結温度より低く、1000°C を超えません。高温焼結法には主に常圧焼結、真空焼結、雰囲気焼結などがあります。焼結により、セラミックは未焼成体から緻密な構造に変化します。

主な焼結プロセスは次のとおりです。

1. 無加圧焼結
   無加圧焼結とは、追加の圧力を加えずに材料を大気圧下で焼結するプロセスを指します。これは最も一般的に使用される焼結方法であり、通常は酸素雰囲気または特殊ガス雰囲気で実行されます。無加圧焼結中、形成された素地は外部圧力を受けず、通常の大気圧下で粉末粒子が凝集して結晶結合を形成します。

2. 真空焼結
   真空焼結は、真空環境下でセラミック素地を焼結するプロセスです。物理的および化学的作用により、グリーンボディは緻密で硬い焼結体に変化します。酸化物セラミック体の細孔は主に水、水素、酸素で満たされており、これらは焼結中に抜け出ます。しかし、一酸化炭素、二酸化炭素、特に窒素などのガスは細孔から逃げることが難しく、最終製品の密度の低下につながります。真空焼結によりすべてのガスが確実に排出され、製品の密度が向上します。

3. 雰囲気焼結
   無加圧焼結では焼結が難しいセラミックスの場合は、雰囲気焼結が一般的です。この方法では、特定のガスを炉に導入して、セラミック部品の焼結に必要な雰囲気を作り出します。材料に応じて、酸素、水素、窒素、アルゴンなどの異なる雰囲気が使用される場合があります。

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