半导体制程-洁净室

科专计划优良技术－晶圆盒隔离技术

相信大家都知道，晶圆从生产制造到运送，都需在密闭无尘的条件下进行；传统以洁净室生产晶圆的方式是将生产设备置于洁净室内，晶圆隔离进出料技术的概念则是将洁净室直接设置于设备中，其中包括晶圆盒（POD）、SMIF I/O（input & Output）及迷你洁净环境（Mini-

environment）三项主要技术。晶圆隔离技术又称为标准机械接口（Standard Mechanical Interface, SMIF），国际半导体协会(Semiconductor Equipment Material International Association，SEMI)更将SMIF列为12吋晶圆厂的标准，成为未来进入0.13μm及更微细线宽制程需求洁净度的主流技术。

台积电二厂于1989年在全世界半导体业中率先成功将SMIF技术应用在量产在线，并一直保有超高生产良率，现今全世界（尤其台湾）之半导体厂如：联电、旺宏、硅统、世界先进及南亚科技等莫不援此例，将SMIF列为新厂之设备规范。

据了解，月产3万片之晶圆厂，每月约需5000个晶圆盒，且须定期汰换更新，市场需求相当可观。目前所有SMIF接口设备产品皆为国外产制，不仅售价昂贵且交期长，因此各SMIF晶圆厂纷纷寻求国内设备供应的可行性。有鉴于SMIF设备在全世界拥有的庞大市场商机，工研院机械所在经济部科技项目支持下全力开发自主的SMIF设备技术，但由于产品性能直接影响制程良率，故初期晶圆厂配合意愿不高，再加上竞争者产品皆有专利保护，专利回避设计不易，进入技术障碍高，无论是洁净度、机台界面兼容性及可靠度等。

注：SMIF产品技术

1.晶圆传送盒：晶圆传送、储放的容器，并配合晶圆加载机及晶圆传送臂进行晶圆的载卸(Loading & Unloading)。

2.晶圆传送臂：晶圆载卸之界面。

3.晶圆载入机：晶圆载卸之界面。

4.惰性气体充填机：应用于表面条件要求严苛的关键制造步骤，如热制程、化学气相沉积、溅镀等，用来将原先充满晶圆盒内的一般空气置换取代成不活性惰性气体，以确保晶圆片不受湿气及氧气之影响。

AMC控制标准

集成电路制造对洁净室环境的控制有较为严格的要求。不同的工艺制程对洁净度的要求也各不相同，例如光刻要求在1级的微环境下，而化学机械研磨则只要求1000级的环境即可。

采用FFU系统的品牌过滤器一般通过FFU的分布率来决定该洁净室的洁净等级，洁净室的正压通过新风量来控制，洁净室温湿度的控制是通过循环空气冷却系统(RCU)和新风空调系统(MAU)完成。

ESD也是半导体制造环境控制的重要内容，静电释放可能对产品和生产设备造成损害，还可能引起硅片表面尘粒吸附，影响产品的良率。静电消除要在洁净室设计上进行总体考虑，除了设备接地(包括洁净墙板和高架地板，办公设备等)外，还要采用防静电墙板、高架地板，人员要求穿着防静电的洁净服、洁净鞋。对存在ESD危害风险的设备和生产区域应安装静电消除器。

AMC是危害生产工艺并导致成品率降低的分子态化学物质。AMC会在半导体制造的栅底氧化、薄膜、多晶硅和硅化物形成、接触成型、光刻等多个关键工艺上造成各种危害，影响产品质量，是半导体制造面临的越来越严峻的问题，也是生产环境控制中亟待解决的问题。可以预见，随着半导体制造技术的发展，对AMC的控制标准将越来越严格，而单一的采用化学品牌过滤器去除AMC的控制方法有许多条件限制，并且会大幅提高运行成本。因此应该从设计选址、设备选型、改进工艺流程等多方面加以考虑。

另外，集成电路制造洁净厂房对噪声、微振、照度等都有相关的规定和要求，尤其是振动的控制，在品牌过滤器的建筑结构设计上就要有所要求。关键设备必须安装单独的防振基础。

更多品牌过滤器的资料：

半导体制程标准

半导体制程标准如下：

一、工艺流程

半导体制程工艺流程主要包括以下几个阶段：

1.制备阶段：该阶段主要任务是清洗、氧化、扩散等基础处理，目的是为后续加工提供稳定可靠的基板。

2.加工阶段：该阶段主要涉及光刻、刻蚀、薄膜淀积、热处理等工艺，以实现电路图形的转移和器件结构的构建。

3.测试阶段：测试阶段包括外观检查、电性能测试、可靠性试验等，以确保产品达到预期的性能和可靠性。

二、设备要求

半导体制程需要使用以下设备：

1.氧化炉：用于进行硅片的氧化处理。

2.光刻机：将电路图形转移到光刻胶上的关键设备。

3.刻蚀机：用于刻蚀硅片上的薄膜层。

4.薄膜淀积设备：用于淀积薄膜材料。

5.热处理炉：进行高温处理，以实现材料性质的改变。

6.检测设备：如电子显微镜、光谱分析仪等，用于产品质量的检测和控制。

三、材料要求

半导体制程所需材料主要包括：

1.晶圆：作为基板，晶圆的质量和规格对最终产品的性能有重要

影响。

2.光刻胶：用于转移电路图形。

3.掩模：用于遮挡部分电路图形，以保证加工的精度。

4.电子元器件：如电阻、电容、晶体管等，用于构建电路结构。

5.其他辅助材料：如气体、液体等，用于加工过程中的化学反应和薄膜淀积。

四、环境要求

半导体制程需要在以下环境中进行：

1.无尘室：空气中的微粒会对产品产生不良影响，因此需要将制程环境控制在无尘状态。

2.温湿度控制：为了确保加工过程中的稳定性和一致性，需要对环境温度和湿度进行严格控制。

3.防静电措施：由于半导体材料对静电敏感，因此需要采取防静电措施，以避免静电对产品产生损害。

4.防震措施：为了避免外部震动对设备运行和产品加工产生影响，需要采取防震措施。

5.防腐蚀措施：由于加工过程中会使用到各种化学物质，因此需要采取防腐蚀措施，以避免化学物质对设备和产品产生损害。

6.防火措施：由于制程中使用的化学物质具有一定的火灾危险性，因此需要采取防火措施，以避免火灾对设备和人员产生危害。

第 1 页 半导体的生产工艺流程

微机电制作技术，尤其是最大宗以硅半导体为基础的微细加工技术(silicon- based micromachining)，原本就肇源于半导体组件的制程技术，所以必须先介绍清楚这类制程，以免沦于夏虫语冰的窘态。

一、洁净室

一般的机械加工是不需要洁净室(clean room)的，因为加工分辨率在数十微米以上，远比日常环境的微尘颗粒为大。但进入半导体组件或微细加工的世界，空间单位都是以微米计算，因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上，便有可能影响到其上精密导线布局的样式，造成电性短路或断路的严重后果。

为此，所有半导体制程设备，都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中，这就是洁净室的来由。洁净室的洁净等级，有一公认的标准，以class 10为例，意谓在单位立方英呎的洁净室空间内，平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。所以class后头数字越小，洁净度越佳，当然其造价也越昂贵(参见图2-1)。

为营造洁净室的环境，有专业的建造厂家，及其相关的技术与使用管理办法如下：

1、内部要保持大于一大气压的环境，以确保粉尘只出不进。所以需要大型鼓风机，将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。

2、为保持温度与湿度的恒定，大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统中。换言之，鼓风机加压多久，冷气空调也开多久。

3、所有气流方向均由上往下为主，尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆放调配，使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。

4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。

5、所有人事物进出，都必须经过空气吹浴 (air shower) 的程序，将表面粉尘先行去除。

6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源，为此务必严格要求进出使用人员穿戴无尘衣，除了眼睛部位外，均需与外界隔绝接触 (在次微米制程技术的工厂内，工作人员几乎穿戴得像航天员一样。) 当然，化妆是在禁绝之内，铅笔等也禁止使用。