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石英玻璃在芯片制造加工中的使用分析研究报告
http://www.tianinfo.com   2018-05-29   天拓咨询发布

    石英玻璃是由二氧化硅单一组分构成的特种工业技术玻璃,拥有优越的物理、化学性能,综合性能属于玻璃材料之最,被称为“玻璃王”。
    在半导体领域,石英玻璃凭借其高纯度、耐高温、低热膨胀性、化学稳定性强等优良性能被广泛应用。
    表1:石英玻璃性能优越


    集成电路产业链可以大致分为电路设计、芯片制造、封装测试三个主要环节,其中半导体产品的加工过程主要包括芯片制造(前道,Front-End)和封装(后道,Back-End)测试,其中芯片制造生产工艺复杂,工序繁多,生产过程需要使用到多种辅助性石英器件,因而高纯度石英材料是半导体IC芯片生产过程中广泛使用的关键性辅助耗材。
    图1:半导体芯片制造过程中需要消耗大量石英材料


    在硅片制造环节,大量使用的石英玻璃产品主要是用于制作晶圆IC载体(拉制单晶)的石英坩埚;另外还有使用到一部分石英清洗容器。石英坩埚是用高纯石英砂为原料直接高温熔融制造,主要由石英坩埚厂直接采购高纯石英砂生产(目前单晶用石英坩埚的原料大部分依赖进口)。
    在晶圆制造加工过程中:氧化、外延、光刻、刻蚀、扩散、CVD和注入离子、磨平等对硅晶圆进行一系列处理的工艺环节,石英玻璃凭借高纯度、耐高温、低的热膨胀、耐腐蚀等优良性能而被大量采用:
    图2:半导体芯片制造过程及设计石英玻璃器件具体产品


    扩散、氧化环节的使用较多的器件产品主要包括石英玻璃扩散管以及和扩散管配套的石英法兰、石英玻璃炉管(支托或运载石英舟进入或者退出扩散炉)、石英舟(承载硅片)、支架(承载多个石英舟)。
    其中石英玻璃扩散管是半导体工业中及其重要、用量最大的石英玻璃制品。其纯度、抗高温的变形性、几何尺寸都会直接影响集成电路和器件的质量、成本和生产效率;
    石英玻璃舟及支架是单晶硅片扩散、氧化、CVD沉积、退火处理不可缺少的石英玻璃承载器具;一般产品规格尺寸各不相同,形式上主要有卧式舟、立式舟两种;石英舟、支架由于是和单晶硅片在高温下直接接触,因此对使用的石英玻璃的纯度、耐温性能、尺寸精度要求都很高。
    集成电路刻蚀环节必须使用耐腐蚀性的石英玻璃材料及制品。因而刻蚀环节的石英材料使用量也较大;主要产品包括石英环、石英玻璃反应腔和样品支架等。 另外在硅片酸洗和超声波清洗工序也需要使用拥有极高化学稳定性的石英玻璃材料,主要产品包括石英玻璃花篮(硅片酸洗、超声波清洗)、清洗槽(洗涤液的承载器)等;另外还有用于硅片外延工序的石英钟罩。
    用于半导体芯片光刻环节中的光掩膜版的主要基板材料也是石英玻璃,根据清溢光电招股书,基板的采购成本占光掩膜版原材料采购成本的90%;由于光掩膜版是液晶显示器、半导体等制造过程中的图形“底片”转移用的高精密工具,决定了电子元器件产品精度和质量,对于其所使用的石英玻璃的材料要求极高,一般光掩膜版的石英玻璃基片通常需要采用高纯合成石英锭作为基础材料。
    此外光掩膜版也是生产平板显示器件的关键材料,一般小尺寸、高分辨率用石英玻璃;大尺寸、分辨率要求低可用苏打玻璃,对应外挂触控(OGS)产品;随着触控技术发展,内嵌触控技术(In Cell、On Cell)正逐步替代外挂触控技术(OGS),所需掩膜版产品也逐步由苏打掩膜版向石英掩膜版转变。
    图2:石英玻璃是光掩膜版中的主要基板材料

 

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