在超大规模集成电路制造过程中有几百步工艺步骤，晶圆需要在多达几百个工艺设备之间来回传输并进行加工检测。在加工过程中，因为加工工艺涉及了光路、等离子体及带电粒子技术等，为了保证IC的制造质量，必须确保晶圆在工艺设备之间的传输过程中保持绝对的平稳，同时还需保证晶圆在加工载荷的作用下不会翘曲变形或偏移，这对晶圆的夹持技术提出了严格的要求。

在长达多年对半导体制造加工技术的探索改进过程中，人们对于晶圆的夹持尝试过不同的方法。

（1）机械夹持方法

采用机械活动夹钳来夹持晶圆，等到加工完毕后再将夹钳松开取出晶圆。但晶圆对比与一般的机械加工件更加脆弱并容易发生翘曲现象，同时对加工精度也要求更高。这种方法会使晶圆的边缘处造成损伤，同时很容易翘曲对其加工精度有很大影响。

（2）石蜡粘结方法

此方法将加热熔化的粘结剂渗入到晶圆与夹具之间，通过对晶圆加压使其可以平整地固定在基板上。石蜡粘结法的优点在于，石蜡柔软的性质可以保护晶圆不受损伤，基本无变形，加工后的残余变形也很小，可使晶圆具有很高的平面度，且加工精度较高。但此方法的缺点是，在整个夹持过程需要对石蜡进行加热、粘结、剥离及清洁，效率很低，同时粘结剂会对晶圆的清洁度造成较大影响，并且很难保证石蜡粘结层的均匀性并保证无气泡。

（3）真空吸盘

真空吸盘最早是用来在平面磨床中夹持非金属工具的，这种真空吸盘由中间的多孔陶瓷和边缘的密封环组成。工作时利用多孔陶瓷上小孔将晶圆与陶瓷表面之间的空气抽出，晶圆由于负压被吸附在吸盘表面，从而固定。等到加工结束后，内部的等离子水会从陶瓷表面孔内流出，使晶圆较好的剥离且同时清洗表面。

虽然真空吸盘在精密磨削加工中应用广泛，但这种方法明显的缺陷是，当晶圆被真空吸盘吸附在吸盘表面时，晶圆会由于空气压力或者有微小颗粒吸入使局部变形，从而影响表面平整度，使加工精度下降。另外，晶圆的一些加工步骤需要在真空环境下进行，而真空吸盘在真空环境下则完全无法工作，这种情况下只能选择其他的夹持方式来固定晶圆。

（4）静电吸盘

这种方案通过静电吸附作用来固定晶圆，其优点在于吸附作用均匀分布于晶圆表面，晶圆不会发生翘曲变形，吸附作用力持续稳定，可以保证晶圆的加工精度；静电吸盘对晶圆污染小，对晶圆无伤，可以应用于高真空环境中。

现代半导体制造工艺中晶圆的加工过程有着多道工序，如等离子体浸没离子掺杂、离子注入、物理气相沉积、化学气相沉积等，每一道工序都需要保证晶圆的平稳固定，静电吸盘的这些优势，使其已经成为应用最广泛的晶圆夹持工具，是PVD、ETCH、离子注入等高端装备的核心部件。

静电吸盘吸附晶圆过程

小编在初步了解到静电吸盘时，发现国内陶瓷行业极少对此类高尖端应用领域有所涉及，许多从业人员甚至并不知自己所做的陶瓷材料还有这方面的用途，国内在半导体领域，尤其是第三代半导体——如今炒得火热的碳化硅半导体产业链的陶瓷材料应用，几乎算是一片空白。

目前普遍的静电吸盘技术主要是以氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷作为主体材料，因为陶瓷材料具有良好的导热性，耐磨性及高硬度且对比金属材料在电绝缘方面有着先天的优势。静电吸盘由于其功能的特殊性，要求其制造材料属于半导体材料（体电阻率在10^-3~10¹⁰Ω·cm)，所以静电吸盘也并不是纯氧化铝或纯氮化铝制造，而是在其中加入了其他导电物质使得其总体电阻率满足功能性要求。

成熟的静电吸盘产品目前仅有国外少数几家公司可以供应，如京瓷、NGK等，可以在京瓷的半导体领域产品中看到几种静电吸盘（ESC）常用材质分别为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷及蓝宝石。

京瓷的静电吸盘产品

对于普通的硅晶圆加工，高纯氧化铝或蓝宝石可以满足要求，但若用在碳化硅晶圆加工，导热性就有所不足了，必须要用氮化铝才能达到要求。

据闻，氮化铝在半导体领域的应用在国外已成为氮化铝陶瓷的主要市场，目前芯片大厂所用的半导体加工设备上的氮化铝静电吸盘，大部分来自于NGK。最高端的静电吸盘甚至可以卖到几十万到上百万人民币，真不愧是陶瓷产品中的“奢侈品”。

目前成熟的静电吸盘技术主要根据不同的吸附力类型分为J-R型静电吸盘及库仑力型静电吸盘。而无论是J-R型静电吸盘还是库仑力型静电吸盘的主体结构都是三部分:电介质吸附层、电极层、基底层，三部分都以层状结构叠合在静电吸盘内。一般的静电吸盘直接由这三层主体机构构成并加入部分辅助结构如电极柱、导热通道、固定孔等。

但不同的晶圆加工工序，对静电吸盘的要求也各不相同，用于不同应用要求的静电吸盘在总体结构上往往不同，其次在电极层的设计上也存在较大的差别，如双半圆双极型电极层、六相型电极层或是异形状电极层。

三层型静电吸盘模型

总体来说世界范围内对于静电吸盘的研究早已展开，国外已经存在少数公司掌握了较成熟的静电吸盘相关技术，但对于国内而言，这个领域整体还尚在起步阶段，国内目前没有一家企业能做出相关的成熟产品，就连氮化铝陶瓷的原材料也远远达不到要求的技术指标，可谓是任重而道远。

但随着芯片产业面临国外制裁的局面越来越严重，扶持我国芯片产业链自主创新发展已成为必然趋势，而这必然也会要求整个产业从上游到下游全方位实现国产替代，尽管这条路十分艰难，但对于国内的企业来说也是一种机遇。突破技术壁垒，早日打破国外的垄断，让类似的“奢侈品”不再那么高昂难买，希望这一天能够早日到来。

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