半导体制程输送装置材料选择的关键 - 文章

半导体制程输送装置材料选择的关键

作者：英国威格斯公司 (Victrex plc)

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在半导体晶圆的制造过程中，低缺陷、高良品率的产品通常要受到各种因素和条件的影响，其中一个重要的因素是，必须在整个制造过程中保持良好的纯度和清洁度。除了要求半导体制造场所的清洁室设施和先进的化学加工生产线要具有足够的洁净度外，在整个制造过程中，以及制造完成后用于输送晶圆的设备所用材料也同样重要。

对于一些关键的半导体部件，如CMP环、LCD转运箱、前开式晶圆盒 (FOUP)、晶圆转运箱、晶圆效应器、晶圆扫描笔、设备部件、干/湿蚀刻部件及 IC 转运/测试部件(高温矩阵盘及 IC 测试插座)等，选择合适的材料非常重要。

随着半导体加工厂转向生产尺寸更大、IC 密度更高的晶圆，他们对晶圆转运和加工材料的性能要求也相应地提高了。简单地说，生产线技术的线宽越窄，那么在加工期间由于混进杂质而浪费更多硅的可能性就会越大。另一方面，生产的晶圆尺寸越大，获得良品率的可能性就越低。

此外，随着社会对制造环境要求的日益严苛，以及对污染源的日益敏感，正在促使制造商采用具有高性能及严格公差的材料，以满足业界日益苛刻的要求。

前开式晶圆盒

材料因素

对于这些重要部件的加工而言，为了达到改善工艺条件、降低总体成本的目的，选择合适的材料非常重要。什么样的材料才是最合适的呢？以下几点可作为判断的标准：

● 纯度：转运部件材料的纯度越高，则颗粒和污染量就越低，废品也就越少，从而良品率就越高。因此，要将半导体制造过程中因释气与浸渍而引起的污染降至最低，必须选择高纯度的材料。

● 耐热性：材料的耐热性越好，获得高生产能力的机会就越大。如果在各个加工步骤之间不需要冷却晶圆，将有助于缩短加工时间。此外，在转运晶圆出入转运箱时，亦有助于防止晶圆的移动或摩擦。

● 高模量：在高温时模量保持不变的材料，能够提供较高的产品性能与生产能力。这使部件在高温下具有较高的尺寸稳定性，从而有助于缩短生产周期，并确保晶圆的插入过程可靠，而且可以重复。

● 机械性能：具有高耐冲击性能的材料不但可以减少部件的刮擦或破裂，加快设备组装，而且还能确保速度稳定，减少意外停机的时间，这些都有助于提高生产效率，保持产品的一致性。

● 耐化学品性：材料必须能够耐受大多数化学品的侵蚀，以保护部件并延长使用寿命。

● 系统成本：在需要大量大型设备与耗材投资的应用中，降低总体系统成本非常重要。因此，能够迅速取得投资回报的材料，其优点是显而易见的。

VICTREX PEEK 牌号材料与 PPS 的磨损率比较

影响材料尺寸稳定性（包括线膨胀系数(CLTE)）的各项因素

关键应用

对于硅晶制造厂、芯片加工厂、晶圆制造厂、终端用户及“后端”封装独立设备制造商 (IDM)而言，任何能够帮助他们降低系统成本、提高部件性能、提供更大设计自由度、开发独一无二应用的材料都具有优势。在半导体加工中，这包括许多特定的应用：

1、CMP环

化学机械磨平 (CMP) 是半导体晶圆制造工艺的关键步骤，它需要严格的工艺控制、严格的公差及高质量的表面水平度与平整度。随着电子产品与设备趋于小型化，对工艺能力的要求也不断提高，因此上述因素也变得越来越重要，制造商对构成 CMP 工艺关键部件的保持环提出了更高的特性要求。

CMP环

CMP 保持环用于在晶圆磨平时承载晶圆并固定其位置，可产生低研磨速度，并生成具有严格平整度公差的均匀表面抛光。此外，它还具有高材料稳定性和低振动特性。不过，这些特性只有在 CMP 环的材料选择与设计正确时才能实现。特别地，如果保持环的底面非常平整，晶圆制造的良品率就较高。因此，对于要求苛刻的 CMP 保持环应用来说，选择的材料应该具有：较高的尺寸稳定性，良好的耐化学品性和低振动特性，易加工性，良好的机械性能（包括强度），能够使底面及内边缘表面具有耐磨损性，可实现极严格公差的加工能力，同时还可适用于桨液 (slurry) 等工艺制程组件。

基于上述要求，合适的材料应该确保在制造过程中提高晶圆的合格率，从而缩短停工时间，并降低每片晶圆的生产成本。

2、晶圆转运箱

随着晶圆尺寸、产量以至单个晶圆成本的不断增加，以及窄线宽技术的应用，制造商们面临着很大的压力，他们希望最大限度地降低各个加工步骤中对晶圆的污染，减少损失，以提高良品率。

晶圆转运箱

要提高良品率，最关键的是转运箱尺寸的变化。一般，加热、冷却以及化学过程所引起的温度变化，会导致转运箱尺寸发生变化，使得晶圆出现刮擦和破裂。如果加上机器校正次数增加而引起的连锁反应以及颗粒脱落的增加，最终会导致良品率的减少和生产能力的降低。详细的研究表明，在晶圆与转运箱之间的接触点处，形成的载体颗粒是导致晶圆出现质量缺陷的关键因素。据估计，20% 的外来杂质缺陷，都与由传统碳粉填充的较低性能基材所制造的转运箱及晶圆盒上的碳粉有关。

一般，晶圆转运箱材料应该具有优异的耐化学品性、耐磨损性、尺寸稳定性、对各种表面都有较高的耐磨耗性能、低颗粒产生率，以及在连续的温度变化状况中非常稳定的物理性能。通过优化这些因素，同时将处理过程中的外来杂质减至最少，便可以减少刮擦、提高及保持良品率，并增加机器的可用性。

3、前开式晶圆盒 (FOUP)

由于制造商对晶圆的精确性与可预测装载定位的要求越来越高，因此选择用于 FOUP 应用的材料必须能够满足以下要求：快速设备组装和自动化生产速度；低颗粒产生率；较少的刮擦与破裂；较少的意外停机时间；较长的机器正常运行时间及较高的生产能力。此外，加工机器与晶圆操作界面必须精确可靠，使材料能够确保每件产品都保持一致，并减少因 FOUP 运送故障而导致的意外停机，以减少在设备上产生的颗粒，缩短因清洁而停工的时间，以及减少各批次的损耗或晶圆破裂情况。

4、后道工艺

合适的聚合物材料能够使后道测试过程更简易，模塑产能更高，以及部件的壁厚更薄、更坚固，并可采用无铅焊接的加工方案，从而大大提升了生产率。这适用于各种后道测试应用，包括高温矩阵盘、测试插座、测试插座校正板、柔性线路板、老化测试插座及连接器。

材料解决方案

虽然半导体工业所采用的工艺与技术已相当成熟，但是，面向半导体输送与相关应用的合适材料的开发仍然十分活跃。例如，对于晶圆转运箱应用而言，通常使用聚丙烯或 PBT 材料，但这些材料都有局限性。与这些材料相比，高性能聚芳醚酮如 VICTREX? PEEK? 聚合物则具有优良的综合性能，包括较好的尺寸稳定性、高温性能、耐磨损/磨耗性能、较低的颗粒产生率。即使在温度连续变化时，该材料也能保持非常稳定的物理性能。

研究显示，使用 VICTREX PEEK 能够显着改善生产工艺，提高晶圆的使用性能及良品率，同时有利于降低总体成本。

此外，超高纯度的 VICTREX PEEK 树脂因其纯度极高，尤其适用于干与湿蚀刻应用。VICTREX PEEK 是一种具有固有高纯度的材料，低分子量挥发性有机物含量较低。它无需采用任何稳定剂或添加剂，而且在高真空度下释气最少。

对于晶圆转运箱应用来说，VICTREX PEEK 可以缩短各加工步骤之间所需的冷却时间，延长了部件更换前的使用寿命，因此能让客户在短短一个月内实现投资回报。此外，它还通过减少颗粒污染和刮擦现象，显著提高了良品率。与传统材料制造的载体相比，使用由 VICTREX PEEK 材料所制造的晶圆载体，良品率将可提高8%。

同样地，在 CMP 环应用中，VICTREX PEEK 通过延长 CMP 环在苛刻加工环境中的使用寿命，大大缩短了半导体制造厂的制程时间。
半结晶的 VICTREX PEEK是获得了广泛认可的、性能最高的熔融加工聚合物，能够耐受极端的环境，并且易于通过各种填充改性技术包括碳纤维、玻璃、陶瓷及矿物质来提高性能。

凭借其无与伦比的加工性与高性能综合特性，VICTREX PEEK 聚合物为后端测试系统 OEM 厂商带来了更简易的加工过程、更高的模塑产能、更坚固的部件、更薄的壁厚及无铅焊接加工解决方案，从而大大提升了生产能力。

英国威格斯公司在 VICTREX PEEK 聚合物方面拥有将近 30 年的经验，其专业的销售、市场推广和技术专家团队遍布世界各地，可帮助客户进行新应用开发和原型构建，并提供产品性能数据及加工支持。对于加工商、晶圆制造厂与终端用户来说，业已证实 VICTREX PEEK 能够帮助他们降低系统成本，提高部件性能，提供更大的设计自由度，并创造独一无二的应用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/9/2008)


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