中國粉體網訊 近年來，高擊穿電場和高導熱性的碳化硅（SiC）被越來越多地用于電動汽車逆變器的材料。隨著電動汽車電池電壓從400V增加到800V，對更快的充電速度和更高功率密度的需求隨之增長。然而，電動汽車的強勁市場需求并未使得采用物理氣相傳輸（PVT）方法制造的SiC襯底的生產效率得到提升。
來源：東海證券研究所
通常，生產1.5至3厘米厚的碳化硅錠需要5至10天，此后，SiC錠需經多個工藝步驟，包括切割、平整、切片、磨邊、激光打標、機械研磨、磨削、化學機械研磨（CMP）、CMP后清洗、檢查和封裝，最終產出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揮著關鍵作用。同時，CMP綜合了化學研磨和機械研磨的優勢，可以實現納米級到原子級的表面粗糙度。如果晶圓制造過程中無法做到納米級全局平坦化，既無法重復進行光刻、刻蝕、薄膜和摻雜等關鍵工藝，也無法將制程節點縮小至納米級的先進領域。
CMP設備主要分為兩部分，即拋光部分和清洗部分，拋光部分由4部分組成，即3個拋光轉盤和一個圓片裝卸載模塊。清洗部分負責圓片的清洗和甩干，實現圓片的“干進干出”。在整個拋光設備中，氧化鋁陶瓷“無處不在”。
陶瓷精密件在半導體設備中的用途分布
來源：Wind，梧桐樹半導體整理
高純超細氧化鋁——CMP拋光中的重要磨料
在CMP工藝中，拋光液和拋光墊是關鍵耗材。根據SEMI數據，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%，合計占比82%。
CMP材料細分占比
來源：東海證券研究所
拋光液是影響化學機械拋光質量和拋光效率的關鍵因素之一，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體產業的興起，高純超細氧化鋁在半導體拋光中的應用顯得更為重要。
實際上，目前市場上使用最為廣泛的幾種磨料是SiO2、CeO2、Al2O3。隨著LED 行業的發展，藍寶石襯底的需求日益增長，Al2O3拋光液在CMP中的應用顯得更為重要。藍寶石襯底材料拋光目前在國內多采用SiO2磨料拋光液。由于SiO2 硬度較小、拋光速率低，而α-Al2O3磨料對硬度較大的襯底有良好的拋光速率，所以納米級α-Al2O3磨料在化學機械拋光中有很好的應用前景。氧化鋁磨料在使用中存在易劃傷、拋光液不穩定等問題，近年來對納米氧化鋁在拋光液中的應用是CMP技術的研究熱點。制備出形狀規則、粒徑大小合適的氧化鋁顆粒是制備氧化鋁拋光液的基礎。
住友化學開發的超細級α-氧化鋁“NXA系列”，具有粒徑150nm（0.15μm）的均勻、超細顆粒特性或更細。該產品除了用作下一代半導體的磨料外，還適用于尖端領域，例如由于其易于燒結的超細顆粒而需要高強度和耐化學性的半導體制造設備部件。
住友化學“NXA系列”（NXA-100）產品
氧化鋁晶圓拋光盤
目前，采用陶瓷研磨盤研磨半導體晶圓是最先進的研磨方法，采用雙面研磨工藝對切割好的晶圓片進行研磨，并通過改善研磨工藝（磨盤材質、研磨液、研磨壓力及研磨轉速等）來提高研磨片的質量；尤其是使用陶瓷盤代替鑄鐵盤，避免研磨時對晶片的主面造成傷痕或污染，減少了金屬離子的引入，可減少晶圓的后續加工量，縮短后續工序（腐蝕)時間，提高生產效率，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
氧化鋁陶瓷機械搬運臂
CMP設備中，晶圓首先從晶圓盒被機械壁拾取，被精準地定位和對準到拋光頭下方的平臺上，拋光頭通常具有真空吸附的功能，當晶圓置于其下方時，拋光頭向下運動，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，拋光頭將晶圓移動到拋光墊上，進行拋光工藝。
氧化鋁陶瓷搬運臂，來源：圣瓷
為避免晶圓片受到污染，一般在真空環境進行搬運，搬運臂需要耐高溫、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、高硬度、高耐磨性的物理性質，以及良好的耐熱性能、優良的機械強度、高溫環境仍具有良好的絕緣性、良好的抗腐蝕性等物理性能，是用于制作半導體設備機械手臂的絕佳材料。
氧化鋁真空吸盤
真空吸盤的常見的材質有氧化鋁和碳化硅，陶瓷內部形成中空結構，通過向多孔基體施加負壓力來吸附、固定被吸附物，這種一體化中空結構陶瓷的制備工藝具有很高的技術門檻，主要用作晶圓薄化程序的加工用固定夾具（磨床、拋光機、CMP）、各種類型的測量裝置、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定性研究進展
燕禾等：化學機械拋光技術研究現狀及發展趨勢
東海研究：電子深度：拋光鉆孔千回檢，先進工藝技術帶來CMP拋光材料新增長空間——半導體行業深度報告(五)
未來智庫：半導體行業專題報告：先進工藝帶來CMP拋光材料新增長空間
半導體信息：化學機械拋光和清洗工藝整合減少SiC襯底的表面污染
（中國粉體網編輯整理/空青）
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