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近几年,半导体行业迅速发展,产业规模急速增大,半导体制造设备持续向精密化、复杂化演变。由于陶瓷具有高硬度、高弹性模量、高耐磨、高绝缘、耐腐蚀、低膨胀等优点,可用作硅片抛光机、外延/氧化/扩散等热处理设备、光刻机、沉积设备,半导体刻蚀设备,离子注入机等设备的零部件,因此精密陶瓷部件的研发生产直接影响半导体产业发展,其制备技术要求也越来越高。
通常半导体设备用陶瓷有氧化铝、氮化硅、氮化铝、碳化硅等,作为最受欢迎的精密陶瓷材料,氧化铝在半导体领域的应用可谓是“遍地开花”,下面小编就盘点一些常见的氧化铝半导体设备用陶瓷部件。
半导体器件对晶圆有非常严格的要求,只有近乎完美的晶片才能避免对器件非常有害的电学和机械缺陷,因此需要对晶片进行整型、切片、研磨、清洗等多个步骤。在这些工序里,晶片都需要一个可以安置并固定的工作台,采用陶瓷真空吸盘,也即一种通过高温烧结在材料内部生成大量彼此连体或闭合的均匀实心或者真空体陶瓷,来通过真空吸力将半导体片、玻璃基板材料等工作物固定住。
氧化铝陶瓷真空吸盘的常见的材质有氧化铝和碳化硅,陶瓷内部形成中空结构,通过向多孔基体施加负压力来吸附、固定被吸附物,这种一体化中空结构陶瓷的制备工艺具有很高的技术门槛,主要用作晶圆薄化程序的加工用固定夹具(磨床、抛光机、CMP)、各种类型的测量装置、检查装置的固定夹具、薄膜片材和金属基板等的加工用固定夹具等。
在晶圆片的搬运中,会应用到氧化铝陶瓷制成的陶瓷机械手臂,将其安装在晶圆搬运机器人上,相当于机器人的手,负责搬运晶圆片到指定位置,其表面直接与晶圆接触。因为晶圆片在极其容易受到其他颗粒的污染,所以一般在真空环境下进行。在此环境下,大部分材料的机械手臂一般难以完成工作,制作机械手臂的材料需要耐高温、耐磨、并且硬度也需要很高。
氧化铝陶瓷和碳化硅陶瓷都具备致密质、高硬度、高耐磨性的物理性质,以及良好的耐热性能、优良的机械强度,高温环境仍具有良好的绝缘性、良好的抗腐蚀性等物理性能,是用于制作半导体设备机械手臂的绝佳材料。从材料性质来看,碳化硅陶瓷用于制作陶瓷机械手臂较为合适,但是从材料价格、加工难度等经济方面来说,氧化铝陶瓷机械手臂的性价比更高。
由于工作条件的要求一般都采用纯度极高的氧化铝陶瓷材料制作,同时需要保证陶瓷件的精度和表面粗糙度,通常有夹持式、承载式、真空吸附式、伯努利西式。
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