芯片晶圆载具：半导体制造中的关键设备
芯片晶圆载具：半导体制造中的关键设备
晶圆载具是半导体制造过程中不可或缺的重要设备，用于晶圆的储存、传送和防护。本文将重点介绍几种常见的晶圆载具，包括OPEN CASSETTE、FOSB（前开晶圆运输盒）和FOUP（前开式晶圆传送盒），以及它们在晶圆制造和运输过程中的具体应用。
OPEN CASSETTE
OPEN CASSETTE主要用于晶圆制造过程中的工序间运送及清洗等工艺。它与FOSB、FOUP等载具一样，采用耐温、机械性能优异、尺寸稳定性好、坚固耐用、防静电、低释气、低析出且可回收再利用的材料。根据晶圆大小、工艺要求以及所选用的材质不同，一般采用PFA、PTFE、PP、PEEK、PES、PC、PBT、PEl、COP等材料。产品通常设计成25片容量。
OPEN CASSETTE与定制的Wafer Pod (OHT) 产品配合使用，可适用于晶圆制造和芯片制造中工序间自动化传送、自动化存取以及更加密封的储存。
此外，OPEN CASSETTE也可直接做成CASSETTE产品，如产品Wafer Shipping Boxes。这种结构能满足晶圆从晶圆制造厂到芯片制造厂的运输需求。CASSETTE及其衍生产品基本能满足晶圆厂、芯片厂内各工艺间传送、储存以及厂间运输的需求。
前开晶圆运输盒FOSB
前开晶圆运输盒FOSB（Front Opening Shipping Box）主要用于晶圆制造厂与芯片制造厂之间12英寸晶圆的运输。由于晶圆尺寸大、对洁净度要求更高，FOSB通过采用特殊定位片与防震设计，减少晶圆位移摩擦产生杂质；原材料采用低释气材质，可以降低释出气体污染晶圆的风险。与其他运输晶圆盒相比，FOSB具有更好的气密性。此外，在后道封装线厂中，FOSB也可以用于各道工序之间晶圆的储存与转送。
FOSB一般也做成25片装，除了通过自动物料搬运系统（Automated Material Handling System，AMHS）自动存取，也可以进行手动操作。
前开式晶圆传送盒FOUP
前开式晶圆传送盒FOUP（Front Opening Unified Pod）主要用于Fab厂中晶圆的保护、运送、储存，是一种专属于12英寸晶圆厂内的自动化传送系统重要的传载容器。它最重要的功能是确保每25片的晶圆在它的保护下避免在每一台生产机台之间的传送被外部环境中的微尘污染，进而影响到良率。每个FOUP都有各种连接板、销和孔，以便FOUP位于装载端口上，并由AMHS操纵。它采用低释气材质、低吸湿材质，可以大幅度降低有机化合物释出，防止污染晶圆；同时优秀的密封性以及充气功能可以给晶圆提供一个低湿度的环境。此外，FOUP可设计成不同的颜色，如红、橙、黑、透明等等，以满足工艺需要以及区分不同的工艺和制程，一般FOUP由客户根据Fab厂产线以及机台差异而进行定制。
此外，FOUP在芯片后道封装中可根据TSV、FAN OUT等不同工艺而定制成特殊的可供封装厂商使用的产品，如SLOT FOUP、297mm FOUP等。FOUP可循环使用，其寿命在2-4年之间。FOUP厂商可提供产品清洗服务以满足受到污染的产品再次投入使用。
非接触式水平晶圆运输盒
非接触式水平晶圆运输盒（Contactless Horizontal Wafer Shippers）主要用于成品晶圆的运输。Enteqris该款运输盒利用支撑环确保晶圆在储存和运输过程中不接触，同时具有较好的密封性，防止杂质污染、磨损、碰撞、划痕、脱气等产生，产品适用于主要适合Thin 3D、lens或bumped晶圆使用，应用领域包括3D、2.5D、MEMS、LED以及功率半导体等。产品配置26个支撑环，晶容量为25个（厚度可不同），晶圆尺寸包括150mm、200mm以及300mm。
晶圆载具制造技术难点
晶圆载具需要具有高洁净度、良好的耐磨性、抗静电、尺寸稳定性、可回收再利用等特点。并且需要根据应用领域而选择不同的原材料来制备。对于FOSB和FOUP这种一体化产品来说，对模具设计注塑工艺的要求高。鼎龙股份在接受机构调研时表示，鼎龙蔚柏9目前开发的最大模具重达15吨，精度要求极高。在客户验证过程中，从T0开始需要不断同客户反复交流，速度也很关键。可以晶圆载具的精度以及与下游客户深度绑定（客定制）是制造工艺较大的难点。此外，在晶圆载具生产过程中，每一道工序（原材料添加、注塑、清洗、检测、包装）都需要洁净的环境来确保载具不被污染。