在半導體制造這一精密復雜的領域中，每一個環節都都關乎產品的最終質量。比如看似基礎的工件的固定和搬運，實則也是保障生產順利進行、產品質量達標的關鍵一環。當進行光刻、刻蝕等高精度工藝時，若工件稍有位移，那極有可能導致整個芯片的報廢，前期投入的大量人力、物力與時間便付諸東流。目前，氧化鋁真空吸盤和氧化鋁靜電吸盤作為半導體制造領域主流的吸附技術，具有強度高、耐磨耗性能佳、壽命長、化學穩定性好等優點，可分別通過壓力差和靜電場實現晶圓固定與轉移，但由于原理不同，適用場景差異較為顯著，本文將從結構、性能及應用適配性出發，聊聊兩者的技術路徑與應用邊界。

氧化鋁真空吸盤

晶圓真空吸盤是利用真空吸附原理固定工件的承載平臺，其傳遞真空的部分通常是氧化鋁多孔陶瓷板，多孔陶瓷板裝配在底座的沉孔中，其周邊與底座粘結密封，底座為致密的精密陶瓷或金屬材料加工而成。當工作過程中給予負壓時，吸盤通過陶瓷板內部的多孔結構與真空泵連接抽氣，使得晶圓下方形成遠低于外界大氣壓的真空區域，在這種強大的壓力差作用下，晶圓被牢牢地吸附在吸盤表面。通常來說，晶圓下方的真空度越高，吸盤與工件之間的貼合就越緊密，吸附力也就越強。

氧化鋁真空吸盤（來源：秋山科技）及其原理示意圖（來源：網絡）

作為吸盤傳遞真空的關鍵組件，氧化鋁多孔陶瓷的孔洞往往非常微細，孔隙率需在30%-50%，孔徑要求則在微米級甚至納米級，可以保證工件表面貼合于真空吸盤時，不會因為負壓而造成表面的刮傷、凹陷等不良因素。同時，若將氧化鋁真空吸盤應用在電子元件光刻制程時，為避免吸盤反射雜光造成干擾，往往要求氧化鋁多孔陶瓷板顏色為黑色。

由于氧化鋁真空吸盤的結構相對簡單，制造和維護成本較低，且吸附力調節也較為簡單，通過調整真空泵的工作狀態或吸盤之間的間距等方式實現，可以實現晶圓在加工過程中的絕對平穩固定。不過，當晶片進行化學氣相沉積等需要在真空或低壓環境下操作的工序時，依賴于壓力差的真空吸盤無法滿足工作要求，限制了其應用范圍。此外，當晶片被真空吸盤吸附在吸盤表面時，會因為空氣壓力導致變形，而加工后晶片會發生反彈，導致切割好的表面呈波紋狀，表面平整度下降，影響加工精度。因此，氧化鋁真空吸盤往往用于固定或者搬運一些平整、密封性好的零部件，如金屬板、塑料片等額，而在半導體制造過程中往往應用于低階制程。

氧化鋁靜電吸盤

靜電吸盤（ESC）為“三明治”層狀結構，主體由表到里包括電介質吸附層、金屬電極層及起支撐作用的基底層，此外內部還鑲嵌有電極柱、氣體通道、粘結材料等輔助結構，可通過氣體循環流動進行熱傳遞，從而穩定控制wafer的溫度。與真空吸盤不同，氧化鋁靜電吸盤的工作原理基于靜電場的作用，工作時通過在電介質層和電極之間施加直流電壓，使電介質極化，從而使電介質層表面產生與晶片表面電荷極性相反的電荷，將工件地吸附在卡盤上。

靜電吸盤（來源：日本特殊陶業株式會社）及其內部結構（來源：網絡）

根據電介質吸附層是否為摻雜電介質，氧化鋁陶瓷靜電吸盤可分為庫倫類和迥斯熱背（JR）類，其中庫倫類采用高阻抗的純陶瓷材料作為電介質，而迥斯熱背（JR）類采用了摻雜氧化鈦等物質的陶瓷材料作為電介質，因此相比庫倫類，JR類除了會產生極化電荷，還有很大部分自由電荷，可以在較小的電壓下實現吸附，但在解吸階段，由于JR類吸盤表面自由電荷的存在，除了關掉高壓直流電源，通常需要用反向的靜電壓來強制消除殘留電荷，然后才能使晶片解吸，在一定程度上增加了控制的難度和復雜性。

庫倫型ESC、迥斯熱背型ESC

目前，陶瓷靜電吸盤除了氧化鋁，還有可采用綜合性能更加優異的氮化鋁作為電介質材料，不過，為了實現對工件的穩定吸附，靜電吸盤對表面平整度、光潔度以及微米級凹凸結構的要求極高，凹凸結構的精度需達到微米級，導致生產過程中在材料的配比、燒結、表面處理方面都存在一定的技術壁壘，生產過程異常復雜且耗時，而氮化鋁作為電介質材料的技術路線還要更為復雜，導致氮化鋁陶瓷相比氧化鋁的優勢尚并未在靜電吸盤中得到體現，目前的靜電吸盤仍是主要要采用氧化鋁陶瓷作為主體制造材料。

相比真空吸盤，氧化鋁靜電吸盤為非接觸吸附，具有均勻的吸附力，并采用氦氣背吹導熱，具有良好的均溫效果，可以極大減少工件損傷和污染的風險，保證晶圓具有較好的平整度，從而具有更好的加工精度，適用于吸附平坦的、非導電的零部件，同時由于其不需要外部真空設備，在真空環境中應用也更為方便，通常可用于半導體制造過程中的離子注入、CVD等高階制程或電子組裝、光伏等領域中。

小結

在半導體制造、精密加工等領域，晶圓及基板的穩定夾持是工藝精度的核心保障。氧化鋁真空吸盤因結構簡單、制造成本低，在一些對精度要求相對不高的工業領域，如金屬加工、半導體低階制程中得到了廣泛應用。然而，隨著制造業的高端化發展，現有的氧化鋁真空吸盤在某些方面逐漸難以滿足需求，比如半導體制造過程中的離子注入、CVD等要求真空環境的高階制程中，而氧化鋁靜電吸盤則憑借均勻的吸附力、良好的真空匹配性等能夠很好地滿足使用需求。

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