半導體晶圓搬運好手——陶瓷機械手臂

半導體產業在全球科技和經濟的發展中具有著無可替代的地位。半導體晶圓搬運設備是半導體產業加工工序中極為重要的設備之一，在傳輸晶圓時，采用陶瓷機械手臂來抓取和裝夾半導體晶圓。先進陶瓷材料由于具有優異的耐磨、耐腐蝕、低膨脹系數等性能，被廣泛用于制備泛半導體領域用陶瓷手臂（也叫搬運臂）。艾邦建有半導體陶瓷產業微信群，歡迎掃描下方二維碼，添加管理員微信，即可加入。

1.半導體設備中的晶圓搬運臂

芯片制造工序千萬道，自然少不了“搬運工序”，將晶圓從工序A移動到工序B的過程中，如何不斷重復地把晶圓高速、清潔地搬運和處理，對晶圓成品的品質影響巨大。

“高速”、“潔凈”是半導體晶圓搬運設備的核心特征，要滿足此特征，設備對所使用的零部件性能要求也極其苛刻。由于多數工序是在真空、高溫以及具有腐蝕性的氣體環境中進行，所以設備使用的搬運臂要具有優良的物理性能，如：較高的機械強度、抗腐蝕、耐高溫、耐磨、硬度高、絕緣等。

在半導體設備工作過程中，搬運晶圓時需要用到陶瓷手臂，因為晶圓硅晶片不能受污染，所以一般是在真空潔凈的環境下進行。在真空環境下，絕大多數其他材料制備的機械手臂達不到要求，這時就需要用耐高溫、耐磨、硬度高的陶瓷手臂來完成。

圖 陶瓷晶圓搬運臂，來源：ASUZAC

3、在半導體進行熱處理時，陶瓷機械手臂受熱變形也少，減少半導體零件在熱處理時的變形。

2.半導體設備用陶瓷手臂材質

通常人們用純度較高的氧化鋁、碳化硅來制備陶瓷手臂，這兩款原材料都具有硬度高、耐磨性耐高溫性能好等物理性能，是制備陶瓷手臂的絕佳材料。

（1）氧化鋁可以用來制備絕大多數的半導體陶瓷零部件，根據其含量不同，制備出的產品性能也有差異。純度95%的氧化鋁陶瓷零部件呈淡黃色，純度99%的氧化鋁陶瓷制品呈雪白色。它具有優異的剛度、強度、耐性，且其耐高溫、耐腐蝕、耐等離子侵蝕等。

（2）碳化硅陶瓷呈黑色，其具有較高的熱導性，且強度高、硬度高、不易變形、抗震性好，同樣耐高溫耐腐蝕；它與氧化鋁陶瓷相比，重量輕。

圖 陶瓷搬運臂，來源：ASUZAC

這兩款材料相比較下，碳化硅制作的陶瓷手臂性能更優于氧化鋁陶瓷手臂。但是從材料價格和加工難度等方面進行比較，氧化鋁制作的陶瓷手臂性價比更高，通常氧化鋁陶瓷手臂使用較多。

此外，日本ASUZAC 還采用一種由具有與硅相同硬度的導電陶瓷Colseed用來制備晶圓搬運臂，由于采用導電陶瓷，具有與金屬相同的導電性，不需要導電涂層。

3.陶瓷機械手臂技術壁壘較高

陶瓷機械手臂采用伯努利原理：供給口導入的氣體會從吸盤的內部圓筒狀側面的噴口高速噴出，并在吸盤內部的筒狀空間內形成旋轉氣流，并形成負壓。氣流最終通過機械手指吸附表面和晶圓表面之間的間隙釋放到外部空間。氣流在旋風吸盤和晶圓之間的空間中形成穩定的層流，并造成晶圓上下表面間的壓力差，最終形成對晶圓向上的吸附力。

3.半導體機械手臂一般用什么材料？陶瓷手臂PK金屬手臂的優劣勢，深圳海德精密陶瓷.

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