CN106317732B

CN106317732B - 环烯烃组合物及应用其的环烯烃半导体基板传送盒

Info

Publication number: CN106317732B
Application number: CN201510355145.8A
Authority: CN
Inventors: 江俊彦; 林志铭; 陈政欣; 邱铭干
Original assignee: JIADENG PRECISE INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: JIADENG PRECISE INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2018-11-09
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: CN106317732A

Abstract

本发明提供一种环烯烃组合物，其包含添加纳米碳管的环烯烃共聚物(Cycloolefin copolymer；COC)或添加纳米碳管的环烯烃聚合物(Cycloolefin polymer；COP)，其中纳米碳管所占的重量百分比为1％～5％。本发明亦提供一种环烯烃半导体基板传送盒，其是由该环烯烃组合物所制成。

Description

环烯烃组合物及应用其的环烯烃半导体基板传送盒

【技术领域】

本发明关于一种材料组合物及其应用，尤指由添加纳米碳管的环烯烃类化合物为主要成分的组合物及其应用。

【背景技术】

在半导体工业中，常见作为基板传送盒、晶圆盒或光罩盒等，载具或盒体的主体材料有：聚丙烯(Polypropylene；PP)、聚碳酸酯(Polycarbonate；PC)和液晶聚合物(LiquidCrystal Polymer；LCP)。

早期传送盒以PP为主体材料者居多，但因其制造良率低，现已较少使用；后又发展以PC为主体材料者，但又因材料本身吸水率大于0.25％，低湿维持时间短，相对其制程加工过程对维持干燥的需求就较高，会使制造成本提升，故现亦较少使用。

而以LCP为主体材料者，一般认为LCP具有高硬度、高热变形温度、高良率以及湿度维持时间长的优点，相较其他两者较有其优势。但仍存有其他问题，如材料成本较高、垂直流体方向强度弱而容易断裂等问题。

因此，面对半导体工业严格的制程标准和成本考虑，在不更动载具或盒体的主体结构的情况下，其主体材料的选择则显得至关重要。要如何单借材料的改良，达到质轻、高尺寸安定性、耐冲击、湿度维持时间长、低有害气体释出以及低有机气体挥发等诸多要求，此乃本发明欲解决的课题之一。

【发明内容】

本发明选用环烯烃组合物作为半导体基板传送盒的主体材料，以一次达成前述诸多严格要求，并通过多次试验和研究，筛选出最能符合实际制程需求的绝佳添加物比例，供产业参考。

本发明提供一种环烯烃组合物，其构成材料包含环烯烃类化合物，并进一步添加纳米碳管，使纳米碳管所占的重量百分比为1％～5％。

其中，环烯烃类化合物可为环烯烃共聚物(Cycloolefin copolymer；COC)或环烯烃聚合物(Cycloolefin polymer；COP)。

环烯烃类化合物，是一种具有低吸湿性、高化学阻抗性及良好机械强度的材料。其又可分为弹性体、热固性塑料及热塑性塑料三种，其中热塑性塑料还可具有高透明度的特性。

环烯烃类化合物的制造方式，一是以开环交换聚合法(Ring-peningmetathesispolymerization；ROMP)，反应射出成型的热固性共聚物，以及利用氢化步骤控制分子量的热塑性共聚物，即为COC这一类。另一则是在触媒存在下进行聚合反应，使其主链上保有双环状结构，即环烯烃聚合物COP这一类。

本发明进一步将环烯烃类化合物添加1％～5％重量百分比的纳米碳管，以进一步附加导电或静电消散特性或改变韧性结构，使其构成的环烯烃组合物应用范围更广，更能符合半导体制程需求。

本发明的环烯烃半导体基板传送盒，是以前述的环烯烃组合物所制成，使其具有质轻、高尺寸安定性、耐冲击、湿度维持时间长、低有害气体释出以及高良率等特性。

环烯烃组合物及应用其的环烯烃半导体基板传送盒相较于以PP、PC或LCP为主体材料的传送盒，更具发展优势。

【附图说明】

图1为有害离子释出试验图；

图2为尺寸安定性试验图；以及

图3为相对湿度试验图。

【具体实施方式】

本发明的环烯烃组合物是指以环烯烃类化合物，例如：环烯烃共聚物(Cycloolefin copolymer；COC)或环烯烃聚合物(Cycloolefin polymer；COP)为主体材料，并添加重量百分比为1％～5％的纳米碳管所形成的组合物，以及应用此材料组合物制成的环烯烃半导体基板传送盒。

在本实施例中，以COP添加重量百分比1％～5％的纳米碳管所制成的前开式晶圆盒(Front opening unified pod；FOUP)为例，对其各项特性进行实际测定，并与同样属于环烯烃类化合物并添加碳纤维以取代纳米碳管的COC以及LCP所制成的前开式晶圆盒相比较，进一步可证实本发明环烯烃组合物和环烯烃半导体基板传送盒的各项优异特性及其适用范围。

首先请参考图1，其为有害离子释出试验图，其是以离子层析仪分别针对COP添加重量百分比为1％～5％的纳米碳管、COC添加碳纤维以及LCP等材料所制成的前开式晶圆盒进行离子释出浓度的测试。在图1中，纵轴表示有害离子的释出浓度(单位：十亿分之一；ppb)；横轴表示各种有害离子，包含氟离子(F^-)、氯离子(Cl^-)、亚硝酸根离子(NO₂ ^2-)、溴离子(Br^-)、硝酸根离子(NO₃ ^-)、硫酸根离子(SO₄ ^2-)、锂离子(Li⁺)、铵根离子(NH₄ ⁺)、钾离子(K⁺)、镁离子(Mg²⁺)和钙离子(Ca²⁺)。

由试验结果可知，COP添加重量百分比为1％～5％的纳米碳管所制成的前开式晶圆盒，其各项有害离子释出量均较低，且相较同样属于环烯烃类化合物的COC添加碳纤维或是LCP材料所制成的前开式晶圆盒，添加纳米碳管更有益于降低各种制程中的有害离子释出量。

请继续参考图2，其为尺寸安定性试验图，其是针对COP添加重量百分比为1％～5％的纳米碳管、COC添加碳纤维以及LCP等材料所制成的前开式晶圆盒进行试验。由于所制成的前开式晶圆盒，其塑料在成型时会有收缩的问题，故各前开式晶圆盒彼此间可能存在尺寸差异，因此借由测量前开式晶圆盒内所置放的第1片至第25片晶圆与标准位置的距离，可测得每片晶圆的偏移位置。若偏移位置具有可预测性，即表示该塑料收缩方向具有可预测性，将易于对制程条件进行调整改良，可提高前开式晶圆盒的尺寸安定性，进而可提升产品良率。

图2的试验结果显示，COP添加重量百分比为1％～5％的纳米碳管或是COC添加碳纤维所制成的前开式晶圆盒，其所得试验结果均较LCP所制成的前开式晶圆盒更具线性特性、可预测性。因此采用环烯烃类化合物添加重量百分比为1％～5％的纳米碳管或碳纤维所制成的前开式晶圆盒，皆有助于提升制程良率，降低制造成本。此外，其中又以COP添加重量百分比为1％～5％的纳米碳管所制成的前开式晶圆盒的可预测性最佳。

此外，本发明进一步针对COP添加重量百分比为1％～5％的纳米碳管、COC添加碳纤维以及LCP所制成的前开式晶圆盒进行摔落测试，分别测试其可承受的摔落高度。结果发现COP添加重量百分比为1％～5％的纳米碳管所制成的晶圆盒，可自90公分高的位置落下而不产生任何损伤；反之，LCP所制成的前开式晶圆盒自50公分高度处落下即发生破裂。上述测试结果符合一般业界的认知，即LCP所制成的前开式晶圆盒虽具有高硬度的特性，但因为韧性不佳和强度具有方向性等因素，故实际上在受到冲击的时候，仍容易脆裂，反观以环烯烃组合物为主体材料所制成的前开式晶圆盒，具有较佳的弹性与耐冲击特性。

请同时参考图3及表1，其分别为相对湿度试验图及0％相对湿度维持时间表，其是COP添加重量百分比为1％～5％的纳米碳管、COC添加碳纤维以及LCP所制成的前开式晶圆盒可将盒体内相对湿度维持在0％的时间长短比较。由于晶圆盒、光罩盒等半导体传送盒皆需有良好的气密性，以避免外界气体或微粒污染，因此在短时间内将盒体内水气快速排除后，若能长时间将盒体内维持在低相对湿度，则表示此盒体不易被水气穿透，气密效果良好，因此进一步针对前述三者进行盒体内相对湿度的测试。

由图3及表1可看出，COP添加重量百分比为1％～5％的纳米碳管的前开式晶圆盒，其维持盒体内相对湿度在0％的时间可长达近80分钟，而其他两者的时间则相当，均远短于COP添加重量百分比为1％～5％的纳米碳管的前开式晶圆盒。

表1、0％相对湿度维持时间表

项目	0％相对湿度维持时间
		环烯烃聚合物(COP)+纳米碳管	79.6分钟
环烯烃共聚物(COC)+碳纤维	3.6分钟
		液晶共聚物(LCP)	3.3分钟

请继续参考表2，其为本发明环烯烃组合物的应用特性测试结果表，用以显示COP添加重量百分比为2.8％～3.2％纳米碳管的前开式晶圆盒，将其应用于半导体基板传送盒应具备的各项重要应用特性进行测试的结果表。

表2、应用特性测试结果表

上表记载了各项特性的测试结果，可进一步界定本发明的环烯烃组合物和环烯烃半导体基板传送盒的应用范围。再者，关于环烯烃半导体基板传送盒的各项特性并非仅是一味追求极端数值，而是应针对不同制程需求选用最合适的材料。

在前述各项应用特性之中，添加纳米碳管的环烯烃组合物的比重都可维持在1～1.2之间，而一般以LCP作为主材料者，其比重约在1.5左右。换言之，对于同样尺寸的半导体基板传送盒而言，使用环烯烃组合物为主材料者，其重量将可减轻25％～50％，即例如对重量为5公斤的12吋晶圆盒而言，每一环烯烃晶圆盒都将减少1.25公斤～2.5公斤的重量，对搬运作业有实质且明显的帮助。

此外，环烯烃组合物的含水率小于0.01％，属含水率较低的材料，即其本身不会发生吸湿现象，因此，本发明的环烯烃半导体基板传送盒即使是湿式的半导体清洗制程亦适用。

再者，环烯烃组合物的断裂延伸率约为5％，明显大于一般以LCP作为主材料者(LCP晶圆盒断裂延伸率数值通常小于1％)，表示COP抗冲击时材料延伸较多，相对不容易立即脆断。

由上表2亦可得知，本发明的环烯烃组合物的耐冲击强度大于30(焦耳/公尺)，落在30(焦耳/公尺)～50(焦耳/公尺)之间，而一般未添加纳米碳管的COP或COC的耐冲击强度则落在15(焦耳/公尺)～25(焦耳/公尺)之间，显示添加纳米碳管有助于提升抗冲击性能。

再者，环烯烃组合物的缩水率约在0.1％～0.5％之间，相较于一般未添加纳米碳管的COP或COC的缩水率约在0.3％～0.8％之间而言，本发明的环烯烃组合物的缩水率较低，显示添加纳米碳管有助于提升尺寸安定性，进而能提升产品的良率。

另外，纳米碳管的添加量不同，可使本发明的环烯烃组合物具有不同的特性，若添加重量百分比为2％～2.8％的纳米碳管时，可使环烯烃半导体基板传送盒的表面电阻落在(Surface resistivity)10⁹～10¹²(单位：欧姆/单位面积；Ω/sq.)之间，以提供传送盒抗静电的特性；若添加重量百分比为2.8％～3.2％的纳米碳管时，可使环烯烃半导体基板传送盒的表面电阻落在10⁵～10⁹(单位：欧姆/单位面积；Ω/sq.)之间，以提供传送盒抗静电消散的特性；若添加重量百分比为3.2％～5％的纳米碳管时，可使环烯烃半导体基板传送盒表面电阻小于10⁵(单位：欧姆/单位面积；Ω/sq.)，以使传送盒具有导体特性，故使用者可依实际需求来决定纳米碳管的添加量，使其具有应有的传送盒特性。

本发明的环烯烃组合物及应用其的环烯烃半导体基板传送盒，并不限制其可应用的盒体外观形式或尺寸，主要在于本发明所揭示的技术特征，以环烯烃化合物作为主体材料并进一步添加特定比例的纳米碳管，即能够制造出性能优异的材料组合物以及应用该材料组合物所制成的半导体基板传送盒，可符合半导体制程所需严格的洁净度和高效防护的要求。

Claims

1.一种环烯烃半导体基板传送盒，其特征在于，其是由一环烯烃组合物所制成，该环烯烃组合物包含添加纳米碳管的环烯烃共聚物(Cycloolefin copolymer；COC)或添加纳米碳管的环烯烃聚合物(Cycloolefin polymer；COP)，其中该纳米碳管所占的重量百分比为2.8％-3.2％，该环烯烃组合物比重在1-1.2之间，该环烯烃半导体基板传送盒表面电阻落在10⁵-10⁹欧姆/单位面积之间。

2.一种环烯烃半导体基板传送盒，其特征在于，其是由一环烯烃组合物所制成，该环烯烃组合物包含添加纳米碳管的环烯烃共聚物(Cycloolefin copolymer；COC)或添加纳米碳管的环烯烃聚合物(Cycloolefin polymer；COP)，其中该纳米碳管所占的重量百分比为2％-2.8％，该环烯烃组合物比重在1-1.2之间，该环烯烃半导体基板传送盒表面电阻落在10⁹-10¹²欧姆/单位面积之间。

3.一种环烯烃半导体基板传送盒，其特征在于，其是由一环烯烃组合物所制成，该环烯烃组合物包含添加纳米碳管的环烯烃共聚物(Cycloolefin copolymer；COC)或添加纳米碳管的环烯烃聚合物(Cycloolefin polymer；COP)，其中该纳米碳管所占的重量百分比为3.2％-5％，该环烯烃组合物比重在1-1.2之间，该环烯烃半导体基板传送盒表面电阻小于10⁵欧姆/单位面积。

4.如权利要求1至3中任一项所述的环烯烃半导体基板传送盒，其特征在于，其含水率小于0.01％。

5.如权利要求1至3中任一项所述的环烯烃半导体基板传送盒，其特征在于，其缩水率为0.1％～0.5％。

6.如权利要求1至3中任一项所述的环烯烃半导体基板传送盒，其特征在于，其耐冲击强度为30焦耳/公尺～50焦耳/公尺。

7.一种环烯烃组合物，其特征在于，其包含添加纳米碳管的环烯烃共聚物(Cycloolefin copolymer；COC)或添加纳米碳管的环烯烃聚合物(Cycloolefin polymer；COP)，其中该纳米碳管所占的重量百分比为2.8％-3.2％，该环烯烃组合物比重在1-1.2之间，该环烯烃半导体基板传送盒表面电阻落在10⁵-10⁹欧姆/单位面积之间。