ベルヌーイセラミックエンドエフェクタ ― 薄型・脆いウェハーの非接触搬送

St.Cera社のベルヌーイセラミックエンドエフェクタは、空気力学的揚力を利用してウェハーを物理的に接触させることなく搬送します。高純度99.8%アルミナ（Al₂O₃）または炭化ケイ素（SiC）から製造され、精密加工されたノズルから加圧ガスを噴射し、エンドエフェクタとウェハーの間に薄い空気膜を形成します。この非接触方式により、裏面汚染、エッジの欠け、表面損傷が防止され、薄い（≤100 μm）、脆い、または反りのあるウェハーに最適です。セラミック基板は、高い曲げ強度（Al₂O₃で361 MPa、SiCで最大550～600 MPa）、軽量、優れた寸法安定性を備えており、高速ウェハー搬送ロボットでの再現性の高い位置決めを保証します。

材料に関する注記：アルミナ（Al₂O₃）は、硬度、電気絶縁性、化学的安定性、コスト効率に優れているため、半導体ウェーハハンドリングにおけるセラミックエンドエフェクタの材料として最も広く使用されています。炭化ケイ素（SiC）は、より高い熱伝導率、より高い硬度、そして最も要求の厳しい用途向けの優れた耐摩耗性を提供します。イットリア安定化ジルコニア（ZrO₂）は室温で高い破壊靭性を示しますが、密度が高く熱膨張特性が異なるため、この用途ではあまり使用されていません。ただし、極めて高い破壊靭性が求められる特定のシナリオでは検討される可能性があります。材料選定に関するガイダンスについては、弊社の技術チームにご相談ください。

仕様（99.8％アルミニウムに基づく）2O₃):

動作原理：

圧縮空気または窒素（0.2～0.6 MPa）は内部チャネルを通して供給され、精密ノズルから排出されます。加速された気流はエンドエフェクタ上部に低圧領域（ベルヌーイ効果）を形成し、ウェーハを50～200 μmのギャップで支える揚力を発生させます。ウェーハの裏面には真空穴やパッドは接触しません。

アプリケーション:

• ・裏面研削後の薄型ウェハ（50μm以下）の取り扱い
• ・ウェーハの搬送時の歪み（例：CVD後またはアニーリング後）
• ・太陽電池およびLED用サファイア基板の転写
• ・粒子発生ゼロを必要とするクリーンルームの自動化
• ・ディスプレイ製造におけるガラスパネルの取り扱い

製造工程：

高純度粉末から焼結したセラミック基板 → ガス流路およびノズル穴（直径0.3～1.0mm、公差±0.01mm）の5軸CNC加工 → Ra≦0.4μmまでの表面研磨 → 超音波洗浄 → ヘリウムリークテスト（ガス流路）。コーティングは不要です。セラミック表面は化学的に不活性で、汚染物質を排出しません。

品質管理:

• ・ノズル位置、アーム長さ、平面度の100%寸法検査（CMM）
• ・空気流量均一性試験：全ノズルにおける圧力損失が5%以下
• ・リークテスト：ガス通路を0.6MPaで密閉し、30秒間圧力低下がないこと
• ・20倍顕微鏡下での目視検査による微細な亀裂やバリの有無の確認

A従来の接触型エンドエフェクタに対する利点：

• ・ウェハ裏面の汚染ゼロ ― 機械的接触なし
• ・薄いウェハーの端の欠けや破損がない
• ・反りのあるウェハー（最大1mmの反り）を安定したギャップで処理します。
• ・真空発生器と多孔質チャックのメンテナンスが不要になります
• ・セラミック構造により、摩耗や化学攻撃に強い

カスタマイズ:

• ・200mm、300mm、またはカスタムサイズのウェハーに対応可能
• ・ガスノズルの形状：直線型、角度付き型、渦巻き型
• ・材質：アルミナ（標準）または炭化ケイ素（最高の熱伝導率と耐摩耗性を実現）
• ・アームの長さ、取り付けフランジ、ガスポートの位置はOEM図面に従う。

制限事項：

ベルヌーイの原理の実装（ノズル設計、エアギャップ）は、提供されている材料特性表の範囲外です。上記の機械的特性および熱的特性は、99.8% Al₂O₃ のデータシートに厳密に準拠しています。これらの材料特性に基づくと、加圧ガス流下におけるセラミックの性能劣化は想定されません。ガス流に敏感なウェーハ（例えば、構造が脆弱なMEMS）の場合は、ガス圧とノズル設計を適切に調整する必要があります。