芯片從誕展至今經(jīng)歷了幾代的升級(jí)和改造,但一種主要材質(zhì)是沒有發(fā)生任何變化的,那就是晶圓。眾所周知,一顆芯片在成品之前須讓晶圓經(jīng)歷過上百個(gè)生產(chǎn)工序才能誕生,它如同藝術(shù)家手里的畫板一樣,承載著各種電子信息技術(shù)設(shè)計(jì)的意圖。作為芯片的核心材質(zhì),晶圓一直以來都是現(xiàn)代電子領(lǐng)域的基礎(chǔ)
晶圓隨著芯片技術(shù)升級(jí)和降低成本需要而不斷發(fā)展。在降低成本方面,通過不斷變大晶圓尺寸以容納更多電路和減少廢棄比例就是晶圓的歷史發(fā)展趨勢(shì)。從1970年代至今,晶圓尺寸已經(jīng)由過去的100mm(4英寸)發(fā)展至當(dāng)前的300mm(12英寸)。根據(jù)IC Insight統(tǒng)計(jì),2016年全球晶圓出貨量為10738百萬平方英寸,其中300mm晶圓占全球晶圓產(chǎn)能的63.6%,預(yù)計(jì)到2021年,全球?qū)⒂?23家12英寸晶圓廠,產(chǎn)能占比將達(dá)到71.2%。由于目前18英寸晶圓技術(shù)尚未成熟,且成本高昂,需求不足,未來幾年內(nèi)300mm(12英寸)晶圓仍將是主流技術(shù)路線
眾所周知,晶圓是指制作硅半導(dǎo)體電路所用的硅晶片,是由硅晶棒在經(jīng)過研磨、拋光、及切片后,形成的硅晶圓片。然而,在實(shí)際導(dǎo)片過程中,難免會(huì)存在一些邊緣損傷,因此,目前企業(yè)所使用的導(dǎo)片機(jī)中,取料裝置將晶圓從取料臺(tái)中取下后放置在邊緣時(shí)校準(zhǔn)器中,在對(duì)晶圓表面檢測(cè)的同時(shí),也需要進(jìn)行邊緣校準(zhǔn),校準(zhǔn)完畢后再由取料裝置將晶圓從尋邊器中取下后送至取料臺(tái)中并記錄位置。
邊緣式校準(zhǔn)器包括設(shè)置在校準(zhǔn)區(qū)內(nèi)的校準(zhǔn)座、定位單元、及校準(zhǔn)單元,其中定位單元包括能夠上下升降的定位組件和能夠沿著晶圓徑向同時(shí)收攏或張開的夾持組件,其中定位組件形成有自上而下口徑逐漸變小的晶圓定位區(qū);夾持組件包括繞著晶圓定位區(qū)的中心分布的多根夾臂、用于驅(qū)動(dòng)多根夾臂同步運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)件,其中每根夾臂上形成有與晶圓邊緣點(diǎn)或線接觸的夾槽;校準(zhǔn)單元包括能夠?qū)A的邊緣進(jìn)行校準(zhǔn)的校準(zhǔn)組件、以及驅(qū)動(dòng)組件。
晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片,由于其形狀為圓形,故稱為晶圓;在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu),而成為有特定電性功能之IC產(chǎn)品。晶圓的原始材料是硅,而地殼表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅礦石經(jīng)由電弧爐提煉,鹽酸氯化,并經(jīng)蒸餾后,制成了高純度的多晶硅,其純度高達(dá)99.999999999%。
晶圓的集成電路制造,為了降低器件熱阻、提高工作散熱及冷卻能力、便于封裝,在硅晶圓正面制作完集成電路后,需要進(jìn)行背面減薄。晶圓的背面研磨工藝,是在晶圓的正面貼一層膜保護(hù)已經(jīng)制作好的集成電路,然后通過研磨機(jī)來進(jìn)行減薄。晶圓背面研磨減薄后,表面會(huì)形成一層損傷層,且翹曲度高,容易破片。為了解決這些問題,需要對(duì)晶圓背面進(jìn)行濕法硅腐蝕,去除損傷層,釋放晶圓應(yīng)力,減小翹曲度及使表面粗糙化。使用槽式的濕法機(jī)臺(tái)腐蝕時(shí),晶圓正面及背面均與腐蝕液接觸,正面貼的膜耐腐蝕,從而保護(hù)正面的集成電路。使用單片作業(yè)的濕法機(jī)臺(tái),晶圓的正面通常已被機(jī)臺(tái)保護(hù)起來,不會(huì)與腐蝕液或者腐蝕性的氣體有接觸,可以撕膜后再進(jìn)行腐蝕。
硅是由石英砂所精練出來的,晶圓便是硅元素加以純化(99.999%),接著是將這些純硅制成硅晶棒,成為制造集成電路的石英半導(dǎo)體的材料,經(jīng)過照相制版,研磨,拋光,切片等程序,將多晶硅融解拉出單晶硅晶棒,然后切割成一片一片薄薄的晶圓。
晶圓測(cè)試是對(duì)晶片上的每個(gè)晶粒進(jìn)行針測(cè),在檢測(cè)頭裝上以金線制成細(xì)如毛發(fā)之探針,與晶粒上的接點(diǎn)接觸,測(cè)試其電氣特性,不合格的晶粒會(huì)被標(biāo)上記號(hào),而后當(dāng)晶片依晶粒為單位切割成獨(dú)立的晶粒時(shí),標(biāo)有記號(hào)的不合格晶粒會(huì)被淘汰,不再進(jìn)行下一個(gè)制程,以免徒增制造成本。
因?yàn)橹谱鞴に嚊Q定了它是圓形的。因?yàn)樘峒冞^后的高純度多晶硅是在一個(gè)子晶(seed)上旋轉(zhuǎn)生長(zhǎng)出來的。多晶硅被融化后放入一個(gè)坩堝(Quartz Crucible)中,再將子晶放入坩堝中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)并且向上提拉,則熔融的硅會(huì)沿著子晶向長(zhǎng)成一個(gè)圓柱體的硅錠(ingot)。這種方法就是現(xiàn)在一直在用的 CZ 法(Czochralski),也叫單晶直拉法。