中国が半導体技術の自給自足を推進する中、国内メーカーは先進的なセラミックヒーターの生産に注力しています。セラミックヒーターは半導体製造装置の重要な部品であり、主要な半導体製造プロセスにおける正確な温度制御を担うため、現代の半導体製造工場には欠かせない存在となっています。
半導体製造においてセラミックヒーターが重要な理由は何でしょうか？
半導体製造においては、ウェハは薄膜堆積（CVD、PECVD、ALD）やエッチングなどのプロセスを経て、極めて精密かつ均一な加熱処理を受けます。従来の金属ヒーターは、熱膨張とパーティクル汚染のリスクにより、高温（500℃以上）では限界があります。
性能比較：窒化アルミナ（AlN）ヒーターとアルミナヒーター
| No | 特徴 | アルミナヒーター | 窒化アルミナ（AlN）ヒーター |
| 1 | 動作温度 | R.T ~ 450 °C (Max) | R.T~800℃ |
| 2 | 融点 | 660.25℃ | 1800 °C (Sintering Temp.) |
| 3 | 熱伝導率 | 230 W/m·K | 170–220 W/m·K |
| 4 | 熱膨張係数 | 23.6 × 10⁻⁶ /°C | 4.03 × 10⁻⁶ /°C |
セラミックヒーターのメリット
窒化アルミナ (AlN)、窒化ケイ素 (Si₃N₄)、またはアルミナ (Al₂O₃) から作られたセラミックヒーターは、優れた性能を発揮します。
– 高い熱伝導率により、ウェハー全体に均一な熱分散を保証します。
– 優れたプラズマ耐性を有し、過酷な半導体処理環境にも耐えます。
– 熱膨張率が低いため、反りを防ぎ、ナノメートル規模のチップ製造の安定性を確保します。
セラミックヒーターの製造工程
セラミックヒーターは、通常、ウェハ載置面を備えたセラミック基板と、その裏面に円筒状の支持体を備えています。セラミック基板には、抵抗加熱回路に加え、RF電極や静電チャック電極などの導電性素子が埋め込まれているか、または印刷されています。
特許CN104582019Aによれば、このプロセスには以下が含まれます。
1.窒化アルミニウム粉末と酸化イットリウ ムをボールミルで混合し、スプレー乾燥してグリーン体に成形します。
2.脱脂、焼結して焼結体を形成します。
3.導電性ペースト（タングステン、モリブデン、タンタル）をスクリーン印刷して抵抗加熱回路を形成します。
4.セラミック基板をAlN系接合材で接合し、円筒状の支持体を取り付けます。
5. 外部電源端子に接続する抵抗発熱体を露出させるために皿穴を追加します。
この方式により、渦流または同心円状の回路パターンが可能になり、信頼性の高い加熱性能が保証されます。
中国のローカライゼーション推進
かつては輸入に頼っていた中国企業は、現在、独自のセラミックヒーターソリューションを急速に開発しています。弊社などの企業は、シリコンに近い熱膨張特性と高温耐性が評価されているAlNベースのヒーターで画期的な進歩を遂げています。
窒化アルミニウムセラミックスヒーターの世界市場は、先進半導体の需要増加を背景に、年間10%の成長率で成長し、2031年には7,850万米ドルに達すると予測されています。しかしながら、リーク電流制御やRF電極の統合といった課題が、依然として普及を阻んでいます。
今後の展望
「セラミックヒーターの生産現地化は、中国の半導体サプライチェーンの安全性確保にとって極めて重要だ」と業界関係者は述べた。中国は研究開発への投資を増やすことで、海外サプライヤーへの依存を減らし、ハイエンド半導体装置製造における地位強化を目指しています。
