アルミナセラミック部品：半導体装置市場を牽引する中核材料
アルミナセラミック部品は、高硬度、高機械的強度、超耐摩耗性、耐高温性、高電気抵抗率、良好な電気絶縁性など、優れた特性を有しています。真空や高温といった特殊環境下における半導体製造の複雑な性能要件を満たすことができ、半導体製造ラインにおいて不可欠な重要な役割を果たしています。その用途はほぼすべての半導体製造装置に及び、半導体製造装置の主要部品となっています。半導体産業の継続的な発展に伴い、産業チェーンにおけるアルミナセラミック部品の重要性はますます高まっていくでしょう。
❶……半導体分野におけるアルミナセラミック部品の応用
アルミナセラミックは、α-アルミナ（α-Al₂O₃）を主結晶相とするセラミック材料の一種です。アルミナ含有量の違いにより、高純度タイプと通常タイプの2種類に分けられます。
アルミナセラミックスの性能はアルミナ含有量の増加に伴って向上しますが、アルミナ含有量が高くなるほど製造プロセスが困難になります。半導体分野にアルミナセラミックスを応用する場合、その純度は極めて高く、通常は99.5%を超えます。
半導体分野において、アルミナセラミック部品は半導体装置の主要部品の一つであり、その多くはウェハに近いチャンバー内で使用されています。半導体装置における用途別には、主にリング・シリンダー型、ガス流誘導型、荷重支持・固定型、グリッパーガスケット型、モジュール型などに分類されます。
リング型とシリンダー型
エッチング工程では、プラズマエッチング中のウェーハ汚染を低減するために、エッチングチャンバーおよびチャンバーライナーの保護材料として、高純度アルミナコーティングまたは耐腐食性の強いアルミナセラミックが選択されます。
ガスフローガイダンスタイプ
プラズマ洗浄プロセスでは、フッ素系や塩素系などの反応性の高いハロゲン元素を含む腐食性ガスが使用されます。ガスノズルは通常、高いプラズマ耐性、絶縁耐力、プロセスガスや副生成物に対する強い耐腐食性などの特性が求められるアルミナセラミックスで作られています。また、ガス流量を正確に制御するために、精密な内部細孔構造を備えています。
耐荷重・固定タイプ
半導体製造プロセスでは、ウェハはエッチングやイオン注入などの高温処理を受けることがあります。ウェハ搬送用のキャリアとして、アルミナウェハステージは搬送プロセス中のウェハの安定性と安全性を確保します。アルミナウェハステージは優れた熱伝導性を有し、ウェハから発生する熱を効果的に放散・伝導し、ウェハを熱損傷から保護します。
❷…… 半導体産業向けアルミナセラミック部品の世界的開発状況
精密セラミック部品とは、主に半導体装置のコア部品を指し、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などの先進セラミック材料を精密加工して製造されます。中でも、アルミナセラミック部品は最も広範な用途と最大の使用量を誇り、精密セラミック部品市場の約45%を占めています。
❸……半導体分野におけるアルミナセラミック部品の開発動向
アルミナセラミック部品の製造は技術集約型産業です。半導体用途などのハイエンド製品分野では、企業は長期的な技術蓄積だけでなく、豊富な生産・製造経験と熟練した設備操作スキルを備えた専門人材チームを必要とします。
技術革新は、半導体装置におけるアルミナの広範な応用を牽引する中核的な原動力です。チップの微細化に伴い、半導体装置の部品に対する要求はより厳しくなり、密度、均一性、耐腐食性などの特性に対する基準も高まっています。近年、国内外の研究者は、アルミナセラミック材料の焼結性能を向上させるための様々な新プロセスを開発し、より低い焼結温度で材料を急速に緻密化することを可能にしました。これらのプロセスには、自己伝播高温焼結、フラッシュ焼結、冷間焼結、振動圧力焼結が含まれます。中でも、冷間焼結は、粉末に過渡溶媒を添加し、高圧（350～500 MPa）を加えることで粒子の再配列と拡散を促進し、セラミック粉末をより低温（120～300 ℃）かつ短時間で焼結緻密化することを可能にします。
市場の反復と更新のリズムに対応するには、継続的な研究開発が不可欠です。現在、世界の集積回路の製造プロセスは、より最先端の3ナノメートルノードに進歩しています。半導体装置および半導体装置用精密部品は、下流部門の製造ニーズを満たすために、絶え間ない研究開発のアップグレードとプロセスの改善を受ける必要があります。半導体装置がアップグレードまたは交換されると、新しい装置の部品に対する具体的な要件も同時に変化します。半導体技術の発展に伴い、アルミナセラミック部品に対する性能要件は、耐摩耗性の向上、耐高温性の向上、電気絶縁性の向上など、ますます厳しくなっています。業界の傾向は、より高純度でより微細な構造のアルミナ粉末材料の研究開発と、高度な調製技術の採用に向かっています。