實現450毫米的轉換
作者：T. Abell, International SEMATECH Manufacturing Initiative 日期：2008/10/30 來源：半導體科技
國際半導體技術製造(SEMATECH)產業聯盟(ISMI)正在積極地參與建立起基礎設施及協調相關活動，以帶領其會員完成2012年試產的期限目標，要實現此目標，ISMI將要協調和促進與矽材料、指導方針、標準、EHS、設備開發和操作相關的事務。
ISMI在2008年獨自發起了一項計劃，藉由協調和發展基礎設施、指導方針和業界準備來達成符合成本效益的450毫米轉換。符合成本效益的設備開發的關鍵重點之一是研發和測試450毫米矽晶圓；聯盟成員指導方針的精簡以及與國際半導體設備材料產業協會(SEMI)標準化工作小組的合作要優先進行；原型工廠介面各組成部分的測試也是作為開發方向和開發標準時能以數據為決策基礎的主要重點；當持續促進個別供應商、SEMI和大多數的產業界對話時，EHS和景氣監控對計畫的成功也是極為關鍵的。在2012年達成450毫米試產的時限是本計劃的目標。
矽材料的準備
開發450毫米矽晶圓設備的第一個需求是一種機械式傳送晶圓，可以用來測試傳送晶圓到晶圓運輸盒(FOSB)或晶圓傳送盒(FOUP)，以及自動化物料搬運系統(AMHS)和製造設備之間的機械手臂傳送系統，這種機械式傳送晶圓也可以用來作為晶圓物理性質的初期量測，例如重力造成的下垂是傳輸盒和機械手臂開發時最關切的性質。燒結過的多晶矽晶圓與單晶矽的機械性質接近，因此可用於提供經濟實惠晶圓，是一項突破性的發展。
測試比較多晶矽與單晶矽顯示出近乎相同的結果，證明這種經濟實惠的對策可行。日光金屬礦業(Nikko Metals and Mining)從2007年中就已經將之商業化了，ISMI購買了五片不同厚度，有比925微米厚也有比較薄的晶圓來評估下垂和其它的機械性質，目的是為了找出最薄可用的厚度來，以便將每個單晶棒的晶圓片數最大化，但是晶圓的厚度必須足夠能在IC製造過程中可靠地使用。ISMI正在與SEMI機械式傳送晶圓工作小組密切合作，並將持續在單晶世代努力。
ISMI購買了一百片這種晶圓作為內部測試之用(圖一)，晶圓本身的厚度是925微米，與暫定的數值一致。ISMI並成立晶圓銀行把晶圓借給設備供應商，讓他們在自己的地方測試，在本文撰寫時，晶圓銀行已經借出超過11次共計超過70片晶圓。
圖一：ISMI參與者Mike Goldstein拿著一片450毫米燒結的多晶矽晶圓。
指導方針之澄清
ISMI內的450毫米指導方針與標準化專案工作朝向於提供澄清和精簡ISMI在2007年提出的十九項450毫米特定的指導方針，目前這個工作的重點在澄清傳輸盒的設計、晶圓的傳送和材料的處理。晶圓背面接觸區域在晶圓傳送和傳輸盒接觸的澄清已經提供出來作為討論以了解如何取捨，另一方面是對於大又重的手持傳輸盒設計觀念，傳輸盒內的晶圓間距是主要受矚目的項目，而10毫米節距是預期的目標，但是其它有關的方面如傳輸盒識別碼、傳輸盒震動和未來需求的在傳輸盒內灌注惰性氣體等也在探討當中。這個群組正在與SEMI物理介面和傳輸盒(IPIC)工作小組密切地合作以提供建議和訴諸行動。
互操作測試平台(Interoperability test bed，ITB)
在原型機器及零組件上收集硬數據是450毫米計劃的主要工作，目的是確認各晶圓傳送方式的困難所在及提供數據，以避免過去在無數據引導下產生指導方針與決定標準。ISMI已經在先前的半導體製造技術產業聯盟(SEMATECH)在德州奧斯丁潔淨室(ATDF)旁的實驗室內建立一套測試設施，在本文撰寫之時，英特格(Entegris)一個節距10毫米的原型傳輸盒與布魯克斯(Brooks)的機械手臂透過使用多晶矽機械式晶圓已經循環測試超過十萬次了(圖二)。
圖二：ISMI在奧斯丁的450毫米晶圓互操作測試平台(ITB)，它使用了英特格的10毫米節距原型傳輸盒和布魯克斯的原型機械手臂。
其它供應商提供的傳輸設備和合約的討論也在進行中，海克斯康(Hexagon)在德州的實驗室利用三次元量測儀(CMM)完成了實體的量測。各種晶圓傳輸盒、機械手臂和AMHS供應商正加入ISMI的測試平台使用者群組，以改善互操作測試的溝通與瞭解。ISMI也同意與日本互操作測試平台(ITG-J)合作以補足標準化過程中所需的資料，ITG-J是日本AMHS、晶圓傳送和傳輸盒供應商的集合，其任務與ISMI的ITB相似。
產業約定
整個計畫迄今一直在協調這些事務並與產業中的大企業合作，ISMI也將在主要論壇和SEMI社群中與產業作約定。450毫米計劃已經與超過二十個晶圓廠設備供應商約定要讓他們更清楚瞭解ISMI的計畫，也要了解供應商所關切的事以決定ISMI應該做些什麼來幫助有成本效益地開發450毫米設備。我們發現許多供應商已經形成450毫米的工作小組，有些則已經對於450毫米設備進行精密複雜的可行性研究。供應商也對ISMI提供生成的試驗晶圓和量測儀器的能力感到興趣，甚至ISMI還收到450毫米設備的建議。
環境、健康和安全(EHS)對於450毫米設備工廠的挑戰將在今年評估，2009年再做額外的研究，ISMI也將堅持持續對成員的產業景氣監控以求更完善的瞭解和決策。最後，本計畫現在參加數個產業合作並協調產業層級的事務以達成更好的認知與合作。
未來的計畫
ISMI計畫要擴展在2009年的行動，單晶製程測試晶圓等級的定義、測試和可用性將會是一大挑戰。預計在2008年底將會取得單晶晶圓，有條理地進行量產等級晶圓的定義和實用化是一項長程的計畫。
擴展ITB事務的範圍如增加設備、使用更精密複雜的設備和互操作測試將是2009年另一個主要的領域，這包括與標準化小組的持續互動和資料分享。EHS事務的擴展則需考慮逐漸引起關注的環保生產、安全傳輸及其它牽涉的硬體設備。
450毫米計畫對於工廠運作於各種經營模式、從晶圓送達到完成切割都有許多操作上的困難，與晶圓廠設備和量測儀器供應商的約定將會擴大450毫米的發展，包括商業議題、設備性能評量、測試晶圓生成和量測支援。
用來達成2012年試產目標的策略性規劃包括多個要素，例如成熟的工廠整合標準、設備和工廠方面的指導方針、測試晶圓生成和量測支援、設備展示指引和持續改善矽材料至元件等級。
結論
ISMI的450毫米計畫已經實現具成本效益的晶圓尺寸轉換到450毫米，建立基礎建設包含開發有成本效益的晶圓，在初期使用便宜的多晶矽將提供學習經驗給單晶矽的供應商。另一方面是開發和溝通450毫米的產業指導方針，以及未來工廠的需求，包括密切地與SEMI標準化工作小組互動。已經有很多努力花在建立工廠介面測試平台，讓早期的學習有利於產業決定方向。提早與產業和供應商達成約定是從300毫米得到的教訓，而且是450毫米的重點，並伴隨著分析ESH的挑戰和推動環保生產。ISMI將會有條不紊地努力著，把所需的積木堆起來，以達成2012年試產線的目標。
具成本效益和有效率的使用產業資源是實現450毫米的關鍵指導因素，ISMI致力於協調及促進與矽材、指導方針、標準、EHS和設備研發及操作相關的必要性事務。SST-AP/Taiwan
作者
Tom Abell於普渡(Purdue)大學取得學士與碩士學位，是ISMI的450毫米計畫經理；地址2706 Montopolis Drive, Austin, TX78741 USA；電話：(512) 356-7441；電子郵件信箱：
tom.abell@ismi.sematech.org。
