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鄒小姐：13326633089 -
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石英（SiO?）材料咋一看和玻璃很像，但比較特別的是一般的玻璃是由許多成分（如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸鋇、石灰石、長石、純堿等）所構成，而石英只含有SiO?成分，其微觀結構是一種由二氧化硅四面結構體結構單元組成的單純網絡。
因為石英之中含有的金屬不純物的量非常少，本身的純度極高，因此石英本身擁有其他玻璃所無法呈現出的特性及優點，被譽為玻璃材料中的“皇冠”。比如說耐熱程度，石英哪怕在火中燒紅后立即放到水中都不會炸裂，而普通玻璃別說燒紅后放到水中不炸裂，只是一燒就四分五裂了。更具體的優勢如下：
1、耐高溫。石英玻璃的軟化點溫度約為1730℃，可以在1150℃下長時間使用，短時間最高溫度可達1450℃。
2、耐腐蝕。除氫氟酸外，高純石英幾乎與其他酸類物質不發生化學反應，在高溫下，它能耐硫酸，硝酸，鹽酸，王水，中性鹽類，碳和硫等侵蝕。其耐酸能力是陶瓷的30倍，不銹鋼的150倍，尤其是在高溫下的化學穩定性，是其他任何工程材料都無法比擬的。
3、熱穩定性好。高純石英的熱膨脹系數極小，能承受激烈的溫度變化，將高純石英加熱至1100℃左右，放入常溫水中也不會炸裂。
4、透光性能好。高純石英在紫外線到紅外線的整個光譜波段都有較好的透光性能，可見光透光率在93%以上，特別是在紫外線光譜區，~大透光率可達80%以上。
5、電絕緣性能好。高純石英的電阻值相當于普通石英玻璃的一萬倍，是極好的電絕緣材料，即使在高溫下也具有良好的電性能。
多得這些優秀的物理、化學特性，高純度的石英材料被廣泛應用于現代電子科技、半導體、通訊、電光源、太陽能、國防高精密量測儀器、實驗室理化儀器、核能、納米產業等。尤其是快速發展的半導體行業，硅晶圓的規模一直在增加，因此芯片制造商對石英制的各種部件需求量大增。不過也要注意，為了防止加工過程中的污染，使用中必須要確保石英材料的高純度。
石英制品在半導體中的應用
在半導體行業，石英被廣泛應用，高純石英制品更是晶圓生產中的重要耗材。生產硅單晶的坩堝、晶舟、擴散爐爐芯管等石英部件必須使用高純石英玻璃制品。石英部件在半導體領域主要目標市場應用為晶圓代工中擴散和刻蝕工藝，可以分為高溫區器件和低溫區器件兩大類，會使用的主要器件如下：
①高溫區器件主要是擴散氧化等環節使用的爐管、玻璃舟架等，需要在高溫環境中直接或間接與硅片接觸；主要是采購電熔石英玻璃材料，通過熱加工生產；
②低溫區器件主要是刻蝕環節的石英環等，還包括清洗過程中的花籃、清洗槽等，主要在低溫環境中使用；主要采購氣煉石英玻璃，通過冷加工生產。
其中高溫區器件消耗速度較快，但是類似多片機（一個承載器具承放多個硅片），低溫區器件消耗速度較慢，但是單片機（一個承載器具承放一個硅片）；因此兩者整體市場規模相對比較接近。
1、高溫區器件
1.1、石英爐管
爐管（furnace）是晶圓進行高溫加熱過程的區域，由石英爐管、反應室和數個加熱器組成，其在半導體制程中廣泛應用于擴散、氧化、退火處理等步驟。設備分為水平式和垂直式兩種（如下圖）：水平式爐管，晶圓放置在石英晶舟上，且石英晶舟又放在SiC做的承載架上，且前后會有適應擋板，承載架推進石英爐管中，晶圓在恒溫區進行反應；垂直式爐管，晶圓在石英塔架上，然后緩慢上升到石英爐管內進行制程。
由于以上制程中溫度較高，為免石英爐管在多次、長時間使用后出現爐管變形嚴重并坍塌的后果，生產時應使用不易變形坍塌、使用壽命長的石英爐管。
1.2、石英晶舟
在半導體IC制造過程中，常需要用一種工具作芯片傳送、清洗及加工，這種承載芯片的工具一般稱為晶舟，其上會設置有多個晶圓槽，每一個晶圓槽用來放置一片晶圓。在半導體晶片的制造過程中，爐管的擴散制程是基本制程之一，擴散制程中，就是先將多篇晶圓放于一個石英晶舟上，再將石英晶舟放在爐管內進行批次制造。另外，石英支架就是用于承載多個石英舟的器件。
2、低溫區器件
2.1、石英環
刻蝕工藝是半導體工藝中較為復雜，也相當重要的一個，是與光刻相聯系的圖形化(pattern)處理的一種主要工藝，石英環就用于此。“光刻”是將光刻膠進行光刻曝光處理（相當于用投影的方式把電路圖“畫”在晶圓上），“刻蝕”則是用化學或物理方法沿著光刻膠表面顯影的圖案，從硅片表面去除不需要的材料，從而將電路圖刻在晶圓上。
在這個過程中，高純石英環主要起到防護作用，它與石英閘門的組合可實現對腔體的密閉防護，緊密圍繞在晶圓周圍，防止刻蝕制造過程中的各類污染。
圖片來源：沈陽漢科半導體材料有限公司
2.2、石英花籃與清洗槽
在硅晶體管和集成電路生產中，幾乎每道工序都有硅片清洗，硅片清洗的好壞對器件性能有嚴重的影響。其中化學清洗是為了除去原子、離子不可見的污染，方法較多，有溶劑萃取、酸洗（硫酸、硝酸、王水、各種混合酸等）和等離子體法等；超聲波清洗（物理清洗）則能通過將超聲波聲能傳入溶液，靠氣蝕作用洗掉片子上的污染。
在清洗過程中需要使用耐酸耐堿的石英器件，其中負責承載硅片的是石英花籃，負責承載洗滌的則是石英清洗槽。要注意的是，石英花籃除了要保證結構強度外，應盡量減少與硅片的接觸面積，才能達到良好的清洗效果。
結語
當然，在半導體制程中會使用到的石英制品并不止上述的這些。總的來說，石英制品雖然是不引人注目的“小”耗材，但確確實實是半導體制程中非要重要的組成部分，據 Techcet 統計，應用于電子信息產業的高純石英玻璃原料占全球年產量9成左右。
就像釘子再不起眼，但為了結構的穩定性一定不能省一樣。半導體產業要發展，就不能被“以小制大”，開發高性能的石英玻璃材料及制品并擴大生產能力，提升裝備水平和產品檔次也都是必須要做的工作。
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