半導体・FPD製造装置に活用されるファインセラミックス
Fine Ceramics Used in Semiconductor and FPD
Manufacturing Equipment
吉川正博

小坂正生

藤原俊史

津川賢介

Masahiro YOSHIKAWA
Toshifumi FUJIWARA

Masaki KOSAKA

Kensuke TSUGAWA

ProductNo. 66

2023

製品紹介／PRODUCT

半導体・FPD製造装置に活用されるファインセラミックス（品川ファインセラミックス株式会社）
Fine Ceramics Used in Semiconductor and FPD Manufacturing
Equipment（Shinagawa Fine Ceramics Co., Ltd.）
吉川正博  ＊１

小藤原俊史  津

Masahiro YOSHIKAWA＊３

Toshifumi FUJIWARA

要坂正生  ＊２

川賢介  ＊４

Masaki KOSAKA

Kensuke TSUGAWA

旨半導体やフラットパネルディスプレイ製造装置は，微細化・高集積化，および製品処理能力向上を目的として,耐食性，耐熱性，剛性に優れるファインセラミックス部材の活用が進んでいる。本報告では，本装置分野で用いられる当社ファインセラミックスの材料特性と適用例について概説する。

Abstract
Fine ceramics with excellent corrosion resistance, heat resistance, and rigidity are increasingly used insemiconductor and flat panel display (FPD) manufacturing equipment to achieve finer and more integrated
designs and to improve product processing capacity. This report outlines the material properties andapplication examples of our Fine Ceramics used in this equipment field.

1. Introduction

1. はじめに半導体やフラットパネルディスプレイ(以下FPDと記す。）に形成されるLSI回路は，Fig.1のイメージのように微細化・高集積化が進んでいる。これに伴い，その製造プロセスにおいて化学的な反応性の高い高温プラズマ1)や高温薬液 2)が多用されるようになった。
これらのプロセスは同時に，製造装置内部の金属，ガラスおよび樹脂を腐食し，その反応生成物が微細なパーティクル(粒子)となって装置内部に浮遊する。このパーティクルが形成した回路に付着すると，電気的な開放や短絡といったデバイスの動作不良部位が生じ，最終製品の歩留りが低下するという問題が生じる 3)。
また，これらの製造プロセスでは，製品のスループット

LSI circuits formed in semiconductors and flat
panel displays (hereinafter referred to as FPD) arebecoming increasingly miniaturized and highly integrated, as shown in the image in Fig. 1. In line withthis trend, high-temperature plasma 1) and high-temperature chemicals2) with high chemical reactivity
are frequently used in the manufacturing process.
These processes simultaneously corrode themetal, glass, and resin inside the manufacturing
equipment, and the corrosion products become
microscopic particles floating inside the equipment.
When these particles adhere to electronic circuits,
they can cause electrical openings, shorts, and other  

＊１ 品川ファインセラミックス株式会社 岡山事業所 取締役 事業所長

Executive Director, Okayama Works, Shinagawa Fine Ceramics Co., Ltd.
Manager, Tokyo Sales Office, Shinagawa Fine Ceramics Co., Ltd.
＊３ 品川ファインセラミックス株式会社 営業部 岡山営業室 室長 Manager, Okayama Sales Office, Shinagawa Fine Ceramics Co., Ltd.
＊４ 品川ファインセラミックス株式会社 営業部 東京営業室 主事 Tokyo Sales Office, Shinagawa Fine Ceramics Co., Ltd.
＊２ 品川ファインセラミックス株式会社 営業部 東京営業室 室長

No. 66

Product2023

areas of device malfunction, resulting in lower yieldsof final products 3).
In these manufacturing processes, the conveying
equipment that connects the processes has been
increasing in speed in order to improve productthroughput 4).
One of the methods is to reduce weight by thinning the component parts. However, metals andFig.  1

Image of miniaturization and high integrationof LSI circuits.

resin materials with low modulus of elasticity are difficult to convey at the desired speed because load
deformation and vibration increase as they becomethinner.
Fine ceramics, which excel in corrosion resistance,（単位時間当たりの処理能力）を向上させる為に，プロセス

heat resistance, and rigidity, are being used as a

間を繋ぐ搬送装置の高速化が進んでいる 。

solution to these problems. This report outlines the4)

その手法のひとつとして，構成部品の薄肉化による軽量

material properties and application examples of化がある。しかしながら，弾性率の低い金属や樹脂材料をour fine ceramics used in semiconductor and FPD

薄肉化すると，搬送時の荷重変形や振動が大きくなり，所manufacturing equipment.

望する速度での処理が困難となるという問題がある。

２. Corrosion-Resistant Materials

これらの問題に対する解決手段として，耐食性，耐熱性，剛性に優れるファインセラミックスの活用が進んでいる。
本報告では，半導体・FPD製造装置に用いられる当社ファインセラミックスの材料特性と適用例について概説する。

Table 1 shows the chemical resistance of various
ｆine ceramic materials5). These materials are chemically stable inorganic sintered materials and havebetter corrosion resistance than metallic materials

2． 耐食性部材

in corrosive environments. However, some materials

2. 1 ファインセラミックスの耐食性
各種ファインセラミックス材料の耐薬品性をTable 1に示す 5)。これらの材料は，化学的に安定な無機焼結体であTable 1are susceptible to corrosion depending on the combination of material type and chemicals. Therefore,
it is important to select a material for each chemical

Chemical resistance of various fine ceramics materials

ChemicalConcentration Temperature
solution type/％/℃

Time/H

Alumina

SilicaZirconia

SiliconcarbideSiliconnitrideHCl35boil

0.5

A

A

B

A

A

HNO370

boil

0.5

AA

B

A

A

H2SO498

boil

0.5

A

A

CA

A

H3PO490

boil

0.5

B

A

B

B

A

HF

60

2024

C

D

DA

C

KOH

1080168

ACA

CA

KOH

10boil168

CDC

DDNaOH

10boil168

B

DCDDNaCO310boil

168

BDC

DD

Na2SO410

boil

168

AB

B

DDKF

10boil4

DDC

DDNotation      A: No erosion observed

２. 1 Corrosion resistance of fine ceramics

B: Trace erosion

C: Moderate erosion

D: Large erosion

ProductNo. 66

2023

used. For example, alumina has excellent corrosion
resistance to hydrochloric acid, nitric acid, sulfuricacid, potassium hydroxide, sodium sulfide, and otherchemicals. However, it has low corrosion resistanceto hydrogen fluoride. On the other hand, siliconcarbide has low corrosion resistance to chemicals
such as potassium hydroxide and sodium sulfide,but excellent resistance to hydrogen fluoride.

2. 2 Application examples

Materials that have been used in highly corrosive
Fig.  2Appearance of alumina fine ceramics forsemiconductor and FPD equipment.

environments are alumina, silicon carbide, silica, andyttria. Of these, alumina and yttria are suitable forenvironments with high-temperature plasma, andalumina and silicon carbide are suitable for environ-り，腐食環境においては金属材料よりも優れた耐食性を有

ments with high-temperature chemicals, respec-

している。

tively. On the other hand, in environments where

但し，材料種と薬品の組み合わせによっては腐食しやすい組み合わせがある。この為，使用環境毎に使用材料を選定することが重要である。
例えば，アルミナは塩酸，硝酸，硫酸，水酸化カリウム，硫化ナトリウムなどの薬液に対しては優れた耐食性を有する。しかしながらフッ化水素に対しては耐食性が低い。
一方，炭化ケイ素は水酸化カリウム，硫化ナトリウムなどの薬液に対しては耐食性が低いものの，フッ化水素に対する耐食性は非常に優れている。

2. 2 適用例
高腐食環境下で使用実績のある材料としては，アルミナ，炭化ケイ素，シリカ，イットリアがある。このうち，高温プラズマが使用される環境ではアルミナとイットリア，高hydrogen fluoride corrosion resistance is required,silicon carbide is most suitable.
Fig. 2 shows the appearance of alumina ceramics
for semiconductor and FPD manufacturing equipment as an example.
We produce alumina ceramics in the sizes of2000 × 900 × 10 mm in rod form and 800 mm indiameter × 30 mm in thickness in ring form. We
provide precision processing for ceramics such asalumina, silicon carbide, silica, and yttria using grinding centers. Our corrosion-resistant ceramics havebeen well received by many users.

３. Transport Device Parts

温薬液が使用される環境ではアルミナと炭化ケイ素がそれ

３. 1 Mechanical properties of fine ceramics

ぞれ適している。このうち，耐フッ化水素腐食性が要求さ

The mechanical properties of our fine ceramicsれる環境においては，炭化ケイ素の使用が最も好ましい。
Fig.2に一例として半導体・FPD製造装置用アルミナセラミックスの外観を示す。当社のアルミナセラミックスは，棒形状で2000×900×10mm，円環形状で直径800mm×厚さ30mm程度のサイズを取り扱っている。
当社ではアルミナ，炭化ケイ素，シリカおよびイットリア等のセラミックスに対し，グラインディングセンタ－等の工作機械を用いた精密加工を施すことで，各種耐食性部材を提供しており，多くのユーザーよりご好評を頂いている。

3. 搬送装置部材
3. 1 ファインセラミックスの機械的特性
当社のファインセラミックス材料の機械的特性をFig.3

materials are shown in Fig. 3.5)
Comparing stainless steel (SUS304) and fineceramics, alumina (A99P) and sialon (SAN-2) havea lower weight per volume, are less subject to load
deformation, and are harder and less vulnerable todamage.
The flexural strength of alumina is 450 MPa, whichis higher than that of common cast iron (290 MPa).
On the other hand, the flexural strength of sialon
is about twice that of alumina, 980 MPa, which isequivalent to that of SUS304.
In order to increase the speed of equipment, it isdesirable to apply lightweight, high elastic modulus
materials that do not flex easily, such as fine ceramics
materials. This is particularly effective for transportNo. 66

Product2023

Fig.  3Mechanical properties of fine ceramics compared to metal.に示す 5)。これらの材料特性を金属材料であるステンレス

device components that require low-vibration, pre-鋼(SUS304)と比較すると，アルミナ(A99P），サイアロ

cise movements repeated at high speed.

ン(SAN-2)は体積当たりの重量が小さく(低密度)，荷重変形しにくく(高弾性率)，硬く傷つきにくい(高硬度)ことが分かる。
曲げ強度は，アルミナにおいて450MPaであり，一般的な鋳鉄の強度290 MPaよりも高い。一方，サイアロンの曲げ強度は，アルミナの約２倍の980MPaであり，SUS304と同等である。
装置駆動部の高速化を進める上では，ファインセラミックス材料のように軽量で撓みにくい高弾性率材料を適用することが好ましい。特に低振動で精密な動きを高速で繰り返す必要のある搬送装置部材として有効である。

3. 2 適用例
当社のファインセラミックス材料の搬送装置部材適用例
をFig.4に示す。これらの部材としては，アルミナ，サイアロン，炭化ケイ素の使用実績がある。このうち，搬送用ロボットにはアルミナが，搬送用ローラーとしてはサイアロンが多く活用されている。
この搬送用ロボットでは，半導体や液晶基板などの生産工程において，プロセス毎の製品を安全かつ正確に搬送するための水平多関節型のスカラロボットが活用されており4)，このアーム先端のロボットハンドにセラミックスが適用される。このハンドは軽量化の為，セラミックス化に加え，更なる薄肉化が進んでいる。
また，搬送用ローラーは，回転式搬送装置に活用されてお3. 2 Application examples

Fig. 4 shows an example of application of our fineceramics materials to transport equipment components. Alumina, sialon, and silicon carbide havebeen used for these components. Of these, alumina
is widely used for robot hands for conveyance, andsialon is widely used for conveyance rollers.
This transfer robot hand is utilized at the tip ofa horizontal articulated SCARA robot to safely andaccurately transfer products for each process in theproduction process of semiconductors, liquid crystal
substrates, and other products4). These robot hands
are increasingly made of ceramics and thinner inorder to reduce weight.
In addition, conveying rollers are utilized in rotary
conveying equipment, and their feed speeds areincreasing. For this reason, sialon rollers with excellent wear resistance are applied to these rollers 6).
By supplying robot hands, rollers, and other conveyor components made of fine ceramics, we arehelping to improve the throughput of semiconductor and FPD manufacturing equipment by increasing
their speed.

４. Summary
The material properties and application examples

り，当該部の送り速度も高速化している。このため，ローof our fine ceramics, which are utilized as semi-

ラーは摩擦による損耗を受ける為，耐摩耗性に優れたサイ

conductor and flat panel display manufacturingProduct

No. 662) Conveying fine ceramics roller

1) Fine ceramics robot handFig.  42023

Application examples of conveying equipment components for our fine ceramics materials.

equipment components, especially as corrosion

アロンローラーが適用される 6)。
当社ではファインセラミックス製ロボットハンドやローラー等の搬送装置部材を供給することで，半導体・FPD製造装置の高速化によるスループット向上に貢献している。

4. まとめresistant components and transport equipment
components, are outlined.
(1) Fine ceramics are chemically stable sinteredinorganic

materials

withsuperior

corrosion

resistance, lower weight per volume, resistance

半導体やフラットパネルディスプレイ製造装置部材，特に耐食性部材と搬送装置部材として活用される当社ファインセラミックスの材料特性と適用例について概説した。
（1) ファインセラミックスは化学的に安定な無機焼結体であり，金属材料と比較すると優れた耐食性を有し，体積当たりの重量が小さく，荷重変形しにくく，硬く傷つきにくいという特長がある。

to load deformation, hardness, and scratch resistance compared to metal materials.
(2) Because the mechanical and corrosion resistanceproperties of fine ceramics vary depending on
the material type, it is necessary to select theappropriate material for the required properties
for each operating environment.
(3) We supply excellent corrosion-resistant com-

（2) ファインセラミックスは，材料種によって機械的特ponents made of precision-machined ceramics

性，耐食特性が異なる為，使用環境毎の要求特性に応

such as alumina, silicon carbide, silica, and yttria.

じて，使用材料を適切に選定することが重要である。

These products have been well received by many（3) 当社は，耐食性に優れたアルミナ，炭化ケイ素，シリカおよびイットリア等のセラミックスに対し，精密加工を施した耐食性部材を提供しており，多くのユーザーよりご好評を頂いている。
（4) 当社では，ファインセラミックス製ロボットハンドやローラー等の搬送装置部材を供給することで，半導users.
(4) We contribute to improving the throughput ofsemiconductor and FPD manufacturing equipment by supplying fine ceramic robot hands androllers, which are used for transport equipment
components.

体・FPD製造装置の高速化によるスループット向上に貢献している。				

References

1 ) M. Nakamura et al.: Applied Physics, 91 ［9］ 573-577 (2022).
2 ) M. Miyamoto et al.: Electronic devices, 97 ［22］ 7-14 (1997).
3 ) Y. Kasashima et al.: Japanese Journal of Applied Physics, 53 ［11］ 110308-, 2014-10-06.
4 ) S. Nobayashi Yasukawa et al.: technical review, 77 ［3］ 174-177 (2013).
5 ) Shinagawa Fine Ceramics Co., Ltd. Products Catalog （2022）.
6 ) M. Yoshikawa et al.: Bull. Ceram. Soc. Japan, 48 ［6］ （2013）.

