創新透明陶瓷技術 提升半導體蝕刻裝置壽命

一支研究團隊成功開發出全新的透明抗電漿高熵陶瓷材料與製程技術，這項全球首創的創新技術旨在延長半導體蝕刻裝置內部元件的使用壽命，並減少製程中的汙染微粒。這項研究成果已發表於《先進陶瓷期刊》。

在半導體蝕刻裝置的內部元件中，陶瓷材料佔比超過90%。主要原因在於其相較於其他材料，具有更優異的抗電漿特性。就如同船隻暴露在海水中會生鏽一般，蝕刻過程中使用的電漿會持續與裝置內部元件發生反應，導致腐蝕與汙染。

為瞭解決這些問題，陶瓷材料被選為首選。然而，隨著半導體整合度的提升，蝕刻製程需要在更加嚴苛的環境下進行。這導致傳統陶瓷元件更頻繁地更換，對半導體生產力造成負面影響。

研究團隊突破了傳統陶瓷材料如氧化釔(Y₂O₃)、氧化鋁(Al₂O₃)和釔鋁石榴石(YAG)的限制，設計出一種全新的高熵陶瓷組成。透過無機緻密體的燒結製程，他們成功開發出密度達99.9%的透明陶瓷。這些緻密陶瓷適用於需要抗電漿特性的蝕刻製程裝置。

此外，團隊分析了高熵陶瓷組成元素的晶體結構變化，並透過控制孔隙率，開發出能夠傳輸可見光和紅外線的透明陶瓷。

高熵陶瓷是一種將五種或更多元素混合形成單一相（均勻結構）而不產生雜質的陶瓷材料，與傳統材料不同。這些陶瓷展現出獨特的特性，如高耐熱性、優異的耐磨性和低熱導率，使其在熱障材料、催化劑和能源儲存材料領域日益突出。

然而，關於其抗電漿特性的研究一直未被進行。研究團隊意識到這一空白，專注於此領域，並成功實現了全球首創的抗電漿高熵陶瓷開發。

在半導體製程中，低蝕刻率的材料意味著更少的汙染微粒和更高的耐用性。研究團隊開發的高熵透明陶瓷展現出極低的蝕刻率，僅為藍寶石的1.13%。此外，與以優異抗電漿特性著稱的氧化釔(Y₂O₃)相比，其蝕刻率僅為8.25%，證實了其卓越的耐用性。

韓國材料研究院(KIMS)的高階研究員Ho Jin Ma表示：「在半導體製程中，電漿蝕刻技術主要由美國和日本的材料、元件和裝置主導，佔據了超過90%的市場，使得國內產業高度依賴國外資源。」

「這項研究成果是開發高熵陶瓷的典範，這種材料從未被研究過，利用國內專有技術創造出世界級的抗電漿材料。預計將成為實現材料自給自足和推進元件本土化的基石。」

這項研究由韓國材料研究院(KIMS)與釜山大學Jeong-Woo Lee教授的研究團隊共同合作完成。