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半导体领域的塑料应用盘点
片是信息技术产业重要的基础性部件,如今,“缺芯”影响着全球多个科技行业的发展。芯片制造过程十分复杂,提到半导体制造,大家往往多关注硅片、电子特气、光罩、光刻胶、靶材、化学品等材料以及相关设备,鲜少有人介绍贯穿整个半导体制程的隐形守护者——塑料。

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半导体制造面临的最大挑战就是对污染的控制,特别是随着半导体技术的发展,随着电子元件越来越小,越来越复杂,它们对杂质的耐受度也就越低,生产条件苛刻,如无尘洁净、高温度、高侵蚀性化学品等。

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在整个半导体制程中,塑料的作用主要是包装和传送,连接每一个加工制程,防止污染和损坏,优化污染控制,提高关键半导体制程的良率。所用到塑料材料包括PP、ABS、PVC、PBT、PC、PPS、氟塑料、PEEK、PAI、COP等,且随着半导体技术的不断发展,对于材料的性能要求也越来越高。

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图  半导体关键制程,来源 Entegris

下面我们就从包括硅片化学机械抛光、晶圆清洁、光刻、刻蚀、离子注入、封装测试和包装等半导体关键制造工艺来了解一下这些塑料在半导体制造中的应用。欢迎加入艾邦半导体材料微信群:

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1、洁净室


半导体制造从单晶硅片制造、到 IC 制造及封装,都需要在洁净室中完成,且对于洁净度的要求非常高。洁净室板材一般以防火且不易产生静电吸附的材质为主。视窗材料还要求透明。

材料:抗静电PC、PVC

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图  半导体设备及洁净室,PVC板材,三菱化学

2、CMP固定环


化学机械研磨(CMP)是晶圆生产过程中一项关键性制程技术,CMP固定环是用来在研磨过程中固定硅片、晶圆,选择的材料应具有良好的耐磨性、尺寸稳定、耐化学腐蚀、易加工,避免晶硅片/圆表面刮伤、污染。

材料:PPS、PEEK

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图  PEEK用于CMP 固定环,摄于威格斯展台

3、晶圆载具


晶圆载具顾名思义就是用来装载晶圆,有晶圆承载盒、晶圆传送盒、晶舟等。晶圆存放在运输盒内的时间在整个生产过程中占比很高,晶圆盒本身的材质、质量和干净与否都可能会对晶圆质量产生或大或小的影响。

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图  前开式晶圆传送盒FOUP,PC材质,摄于家登展台

晶圆载具一般采用耐温、机械性能优异、尺寸稳定性以及坚固耐用、防静电、低释气、低析出、可回收再利用的材料,不同制程采用的晶圆载具所选用的材质有所不同。

材质有:PFA、PP、PEEK、PES、PC、PEI、COP等,一般经过抗静电改性。

表  晶圆载具主要材质

材质
连续使用温度
特性
应用
PFA
200~220℃
耐强酸强氟酸强碱
酸碱制程中使用
PP
40~60℃
重量轻, 可焊接,缺点:易变形
一般传输制程
PEEK
120℃
硬度高、耐磨,不易变形
PC
80~100℃
尺寸稳定性佳、耐候性佳、不易应力变形
PEI
130~150℃
耐磨、抗静电性
PES
-
强度高、尺寸稳定,低释气、低析出
PBT
-
耐磨、尺寸稳定性好
COP
-
高透明、低吸着、低杂质、低脱气、低透湿、高强度、耐药品性



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图  氟塑料,晶片花篮,摄于科慕展台
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图  晶圆盒,PBT,来源:大日商事株式会社

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图  PES 晶圆盒,大日商事株式会社


4、晶舟把


晶舟提把在半导体制程中,进入化学酸、碱蚀刻制程中,晶舟需要靠手把夹持。

材质:PFA

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图  晶舟把,PFA材质,来源:大日商事株式会社

5、FOUP手动开启器


前开式晶圆传送盒(FOUP)手动开启器,专门用于开启FOUP的前开门片,符合半300毫米规范的FOUP皆可使用。材质一般为导电工程塑料。

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图   FOUP手动开启器 来源:H-Square

6、光罩盒


光罩是芯片制造中光刻工艺使用的图形母版,以石英玻璃为基板并涂布铬金属遮光,利用曝光原理,光源通过光罩投影至硅晶圆可曝光显示特定图案。任何附着于光罩上的尘埃或刮伤皆会导致投影成像的质量劣化,因此需避免光罩的污染,以及避免因碰撞或摩擦等产生微粒影响光罩的洁净度。

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图  光罩传送盒,透明ABS树脂,摄于家登展台

为避免光罩起雾、摩擦或位移造成损伤,光罩盒因此一般采用抗静电、低脱气、坚固耐用的材料。

材质有:抗静电BAS、抗静电PC、抗静电PEEK、PP等。

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图  光罩传送盒,抗静电PEEK材质,摄于家登展台

7、晶圆工具


用来夹取晶圆或硅片的工具,如晶片夹、真空吸笔等,夹取晶片时,所采用的的材料不会对晶圆的表面产生划痕,无残留物,保证晶圆的表面洁净度。

材料:PEEK
     
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图  晶圆夹,PEEK,摄于君华特塑展台

8、化学品/电子特气输送与储存


半导体制造过程中,如晶圆清洗、刻蚀等用到大量的电子特气或者化学品,这些材料大多具有强腐蚀性,因此输送和存储所用的管道、泵阀、储存容器等部件或内衬材质要求具有出众的耐化学腐蚀性、低析出,可确保芯片制造过程中的高腐蚀性化学物不会污染超洁净环境。

材料:PTFE、PFA、PVDF、ETFE、PEI

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图  PFA用于半导体管路,摄于科慕展台

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图  清洗槽,PFA 材质,摄于上品展台

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图  高纯泵阀,氟材料,摄于圣戈班展台

9、气体过滤滤芯


半导体制程特殊气体过滤滤芯用来去除杂质,提高纯度,从而保障芯片制造的良率。一般选用耐高温、耐受腐蚀、低析出材料。

滤芯选用PTFE,骨架支撑材料选用高纯PFA。

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图 滤芯结构,来源:郡是株式会社

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图 滤芯,来源:Cobetter

10、轴承、导轨等部件


半导体加工设备部件如轴承、导轨等,要求可在低温至高温下连续运行,低磨损和低摩擦,尺寸稳定,且具有优异的抗等离子冲蚀性和排气特性。

材料:聚酰亚胺PI

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图源:三之星机带株式会社

11、半导体封装测试插座


测试插座是将各半导体元件的直接回路电气性连接到测试仪器上的装置,不同的测试插座被用于测试集成电路设计人员所指定的各种微芯片。测试插座用材料应满足大温度范围内的具有良好的尺寸稳定性、机械强度、毛刺形成量少,经久耐用,易加工等要求。

材料:PEEK、PAI、PI、PEI、PPS

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图   测试插座,抗静电 PEEK,摄于恩欣格展台

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图  测试插座,聚酰亚胺,摄于恩欣格展台

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图  IC测试插座,PAI材质,摄于东丽展台

12、半导体封装离型膜


ETFE 薄膜具有耐热、耐化学性、光线透过性、非粘着性,离型后产品表面光洁无污染,被广泛用于半导体封装离型膜。

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图  ETFE 薄膜用于半导体离型,摄于日氟荣展台

13、IC托盘(IC TRAY)


IC托盘是半导体封测企业为其芯片(IC)封装测试所用的包装托盘。IC托盘作为芯片的包装,保护芯片不受损坏以及方便自动化检测和安装等,因此要求材料拥有低吸水性、耐温,尺寸稳定性、可回收利用等。

材质:PPO、PSU、ABS、PP、PEI

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图   IC 托盘,PPE,摄于蓝星展台


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