在半导体制造这一精密复杂的领域中，每一个环节都都关乎产品的最终质量。比如看似基础的工件的固定和搬运，实则也是保障生产顺利进行、产品质量达标的关键一环。当进行光刻、刻蚀等高精度工艺时，若工件稍有位移，那极有可能导致整个芯片的报废，前期投入的大量人力、物力与时间便付诸东流。目前，氧化铝真空吸盘和氧化铝静电吸盘作为半导体制造领域主流的吸附技术，具有强度高、耐磨耗性能佳、寿命长、化学稳定性好等优点，可分别通过压力差和静电场实现晶圆固定与转移，但由于原理不同，适用场景差异较为显著，本文将从结构、性能及应用适配性出发，聊聊两者的技术路径与应用边界。

氧化铝真空吸盘

晶圆真空吸盘是利用真空吸附原理固定工件的承载平台，其传递真空的部分通常是氧化铝多孔陶瓷板，多孔陶瓷板装配在底座的沉孔中，其周边与底座粘结密封，底座为致密的精密陶瓷或金属材料加工而成。当工作过程中给予负压时，吸盘通过陶瓷板内部的多孔结构与真空泵连接抽气，使得晶圆下方形成远低于外界大气压的真空区域，在这种强大的压力差作用下，晶圆被牢牢地吸附在吸盘表面。通常来说，晶圆下方的真空度越高，吸盘与工件之间的贴合就越紧密，吸附力也就越强。

氧化铝真空吸盘（来源：秋山科技）及其原理示意图（来源：网络）

作为吸盘传递真空的关键组件，氧化铝多孔陶瓷的孔洞往往非常微细，孔隙率需在30%-50%，孔径要求则在微米级甚至纳米级，可以保证工件表面贴合于真空吸盘时，不会因为负压而造成表面的刮伤、凹陷等不良因素。同时，若将氧化铝真空吸盘应用在电子元件光刻制程时，为避免吸盘反射杂光造成干扰，往往要求氧化铝多孔陶瓷板颜色为黑色。

由于氧化铝真空吸盘的结构相对简单，制造和维护成本较低，且吸附力调节也较为简单，通过调整真空泵的工作状态或吸盘之间的间距等方式实现，可以实现晶圆在加工过程中的绝对平稳固定。不过，当晶片进行化学气相沉积等需要在真空或低压环境下操作的工序时，依赖于压力差的真空吸盘无法满足工作要求，限制了其应用范围。此外，当晶片被真空吸盘吸附在吸盘表面时，会因为空气压力导致变形，而加工后晶片会发生反弹，导致切割好的表面呈波纹状，表面平整度下降，影响加工精度。因此，氧化铝真空吸盘往往用于固定或者搬运一些平整、密封性好的零部件，如金属板、塑料片等额，而在半导体制造过程中往往应用于低阶制程。

氧化铝静电吸盘

静电吸盘（ESC）为“三明治”层状结构，主体由表到里包括电介质吸附层、金属电极层及起支撑作用的基底层，此外内部还镶嵌有电极柱、气体通道、粘结材料等辅助结构，可通过气体循环流动进行热传递，从而稳定控制wafer的温度。与真空吸盘不同，氧化铝静电吸盘的工作原理基于静电场的作用，工作时通过在电介质层和电极之间施加直流电压，使电介质极化，从而使电介质层表面产生与晶片表面电荷极性相反的电荷，将工件地吸附在卡盘上。

静电吸盘（来源：日本特殊陶业株式会社）及其内部结构（来源：网络）

根据电介质吸附层是否为掺杂电介质，氧化铝陶瓷静电吸盘可分为库伦类和迥斯热背（JR）类，其中库伦类采用高阻抗的纯陶瓷材料作为电介质，而迥斯热背（JR）类采用了掺杂氧化钛等物质的陶瓷材料作为电介质，因此相比库伦类，JR类除了会产生极化电荷，还有很大部分自由电荷，可以在较小的电压下实现吸附，但在解吸阶段，由于JR类吸盘表面自由电荷的存在，除了关掉高压直流电源，通常需要用反向的静电压来强制消除残留电荷，然后才能使晶片解吸，在一定程度上增加了控制的难度和复杂性。

库伦型ESC、迥斯热背型ESC

目前，陶瓷静电吸盘除了氧化铝，还有可采用综合性能更加优异的氮化铝作为电介质材料，不过，为了实现对工件的稳定吸附，静电吸盘对表面平整度、光洁度以及微米级凹凸结构的要求极高，凹凸结构的精度需达到微米级，导致生产过程中在材料的配比、烧结、表面处理方面都存在一定的技术壁垒，生产过程异常复杂且耗时，而氮化铝作为电介质材料的技术路线还要更为复杂，导致氮化铝陶瓷相比氧化铝的优势尚并未在静电吸盘中得到体现，目前的静电吸盘仍是主要要采用氧化铝陶瓷作为主体制造材料。

相比真空吸盘，氧化铝静电吸盘为非接触吸附，具有均匀的吸附力，并采用氦气背吹导热，具有良好的均温效果，可以极大减少工件损伤和污染的风险，保证晶圆具有较好的平整度，从而具有更好的加工精度，适用于吸附平坦的、非导电的零部件，同时由于其不需要外部真空设备，在真空环境中应用也更为方便，通常可用于半导体制造过程中的离子注入、CVD等高阶制程或电子组装、光伏等领域中。

小结

在半导体制造、精密加工等领域，晶圆及基板的稳定夹持是工艺精度的核心保障。氧化铝真空吸盘因结构简单、制造成本低，在一些对精度要求相对不高的工业领域，如金属加工、半导体低阶制程中得到了广泛应用。然而，随着制造业的高端化发展，现有的氧化铝真空吸盘在某些方面逐渐难以满足需求，比如半导体制造过程中的离子注入、CVD等要求真空环境的高阶制程中，而氧化铝静电吸盘则凭借均匀的吸附力、良好的真空匹配性等能够很好地满足使用需求。

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