韩国材料研究院 KIMS 开发出提升半导体设备寿命的陶瓷零部件

CINNO Research产业资讯，据报道，韩国材料科学研究所（KIMS）纳米材料研究部的马浩镇博士团队和釜山国立大学的李正宇教授研究团队共同开发出了全球首个应用于半导体制造工艺的透明抗等离子体高熵陶瓷及其制造与工艺技术。这项技术显著延长了半导体蚀刻设备内部元件的使用寿命，并有效减少了污染物颗粒的产生。

陶瓷材料在半导体蚀刻设备内部材料中占比超过90%。之所以选择陶瓷，是因为它们相较于其他材料具有更高的承受等离子体的能力。正如船舶在与海水接触时会生锈一样，蚀刻过程中使用的等离子体会不断与设备的内部部件发生反应，导致腐蚀和污染。

随着半导体的高度集成以及蚀刻工艺在日益严苛的环境中进行，常用陶瓷元件的更换频率逐渐加快，半导体缺陷率也随之上升。

研究团队制作的透明抗等离子高熵陶瓷图片和晶体结构模型

研究团队脱离现有陶瓷材料——氧化钇（Y₂O₃）和氧化铝（Al₂O₃），在YAG（钇铝石榴石）成分的传统范畴，设计了一种全新的高熵陶瓷成分，并通过先进的烧结工艺技术开发出了密度为99.9%的透明陶瓷，从而获得了致密的固态材料。该高熵陶瓷与传统材料大相径庭，它通过将5种以上的元素进行混合，并非形成杂质，而是形成了一种均匀结构的陶瓷，这种结构赋予了高熵陶瓷独特的性能。

此外，研究团队还开发出了一种能够同时透射可见光和红外光的透明陶瓷。这一技术的实现，不仅有助于检查构成高熵陶瓷的元素的晶体结构变化，还实现了对气孔的精密控制。

与蓝宝石相比，研究人员开发的高熵透明陶瓷的蚀刻率极低，仅为1.13%。在半导体工艺中，低蚀刻速率的材料意味着能够产生更少的污染物颗粒，并具备更高的耐久性。此外，与以优异耐等离子体性著称的氧化钇（Yttria）材料相比，该高熵陶瓷的蚀刻率也仅为8.25%，因此表现出更为出色的耐久性。

马浩镇博士说明称：“在半导体工艺中，等离子体蚀刻工艺是由美国和日本在材料、零件和设备领域占据90%以上的领域，韩国产业界在这一领域严重依赖于外部。这项研究成果通过开发一种前所未有的高熵陶瓷，利用韩国自己的技术成功研制出世界上最好的抗等离子体材料，它是利用韩国自有技术开发世界级抗等离子体材料的典型例证。同时，这项研究也将成为通过材料自给自足实现零件国产化的重要基石。”

另外，研究团队还在全球陶瓷材料领域具有广泛影响力的学术期刊《Journal of Advanced Ceramics（先进陶瓷）》1月13日线上版上发表了关于本次开发的透明抗等离子体高熵陶瓷的研究成果。

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