Hello,大家好，今天我们来聊聊半导体设备中的机械手臂。

谈到机械手臂，大家首先认为是这样的？

又或者是这样的？

其实，半导体设备中的机械手臂是这样的。

半导体机械手臂是半导体设备中重要的零部件之一，主要用于搬送、运输以及定位半导体晶圆，适用于集成电路、芯片制造等半导体前端工序，在磨削、抛光、刻蚀、扩散、沉积、装配、包装和测试等环节中均有应用。

半导体设备的机械手是采用负压式吸片的方式取片，也就是利用吸盘原理将半导体晶圆吸附于石英或陶瓷手指上，并通过机械手臂的伸缩、旋转和升降等的动作搬运半导体晶圆。

“高速”、“洁净”是半导体晶圆搬运设备的核心特征，要满足此特征，设备对所使用的零部件性能要求也极其苛刻。由于多数工序是在真空、高温以及具有腐蚀性的气体环境中进行，所以设备使用的搬运臂要具有优良的物理性能，如：较高的机械强度、抗腐蚀、耐高温、耐磨、硬度高、绝缘等。

基于以上严格的要求，在真空环境下，绝大多数其他材料制备的机械手臂达不到要求，这时就需要用耐高温、耐磨、硬度高的陶瓷手臂来完成。

陶瓷机械手臂的优势：

1、陶瓷机械手更耐酸腐蚀，更耐碱腐蚀。在半导体各项处理时，使用寿命更长；

2、陶瓷机械手臂不容易跟其它物质发生反应，不会在接触物品上留下具有污染的细小颗粒和带电的电荷，不会产生金属离子，不会污染半导体零件；

3、在半导体进行热处理时，陶瓷机械手臂受热变形也少，减少半导体零件在热处理时的变形。

陶瓷机械手臂的材质：

通常都是用纯度较高的氧化铝、碳化硅来制备陶瓷手臂，这两款原材料都具有硬度高、耐磨性耐高温性能好等物理性能，是制备陶瓷手臂的绝佳材料。

（1）氧化铝可以用来制备绝大多数的半导体陶瓷零部件，根据其含量不同，制备出的产品性能也有差异。纯度95%的氧化铝陶瓷零部件呈淡黄色，纯度99%的氧化铝陶瓷制品呈雪白色。它具有优异的刚度、强度、耐性，且其耐高温、耐腐蚀、耐等离子侵蚀等。

（2）碳化硅陶瓷呈黑色，其具有较高的热导性，且强度高、硬度高、不易变形、抗震性好，同样耐高温耐腐蚀；它与氧化铝陶瓷相比，重量轻。

这两款材料相比较下，碳化硅制作的陶瓷手臂性能更优于氧化铝陶瓷手臂。但是从材料价格和加工难度等方面进行比较，氧化铝制作的陶瓷手臂性价比更高，通常氧化铝陶瓷手臂使用较多。

陶瓷机械手臂的原理：

伯努利原理：供给口导入的气体会从吸盘的内部圆筒状侧面的喷口高速喷出，并在吸盘内部的筒状空间内形成旋转气流，并形成负压。气流最终通过机械手指吸附表面和晶圆表面之间的间隙释放到外部空间。气流在旋风吸盘和晶圆之间的空间中形成稳定的层流，并造成晶圆上下表面间的压力差，最终形成对晶圆向上的吸附力。

按照工作环境不同，机械手可以分为两种，一种是真空机械手，一种是大气机械手。真空机械手用于真空度为10-5Pa环境下的硅片搬运，这种机械手多用于集束型设备中，通过轨迹规划完成对硅片的传输和定位。另一种是大气机械手，用于洁净的大气环境中，此类机械手对接精度要求较高，一般为10级，有些可达到1 级。据QYR数据，目前大气机械手应用最为广泛，占有半导体机械手近60%的市场份额。

分地区来看，美国和日本厂商主导半导体机械手的生产。日本是全球最大的半导体机械手生产地区，约占60%的市场份额，美国约占20%的市场份额，此外，韩国也是重要的生产地区，约占6%的市场份额，中国本土生产企业主要为沈阳新松机器人、华卓精科，夏阳新材，湖南圣瓷，方泰新材等。

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什么是半导体设备的机械手臂