مبدأ معدات التلميع الميكانيكية الكيميائية CMP وإدخال الشركات المصنعة للمعدات المحلية والأجنبية

التلميع الميكانيكي الكيميائي (CMP) هو تقنية تستخدم لتنعيم سطح الرقاقة في عملية تصنيع شرائح IC. من خلال التفاعل الكيميائي بين سائل التلميع وسطح الرقاقة، يتم تشكيل طبقة أكسيد سهلة المعالجة، ومن ثم تتم إزالة سطح الأكسيد عن طريق العمل الميكانيكي. يتم تشكيل سطح الرقاقة المسطح الموحد بعد عدة إجراءات كيميائية وميكانيكية متناوبة. معدات CMP عبارة عن مجموعة من الميكانيكا وميكانيكا الموائع وكيمياء المواد والمعالجة الدقيقة وبرامج التحكم وغيرها من مجالات التكنولوجيا الأكثر تقدمًا في أحد معدات معالجة الدوائر المتكاملة الأكثر تعقيدًا وصعوبة تطوير أحد المعدات.

مبدأ معدات التلميع الميكانيكية الكيميائية

يقوم جهاز CMP بضغط الرقاقة ليتم صقلها على وسادة تلميع مرنة. عند التلميع، يتدفق معجون التلميع بشكل مستمر بين الرقاقة ولوحة التلميع. يؤدي التشغيل العكسي عالي السرعة للألواح العلوية والسفلية إلى تقشير منتجات التفاعل على سطح الرقاقة بشكل مستمر، وإضافة معجون التلميع الجديد، ويتم حمل منتجات التفاعل بعيدًا باستخدام معجون التلميع. تحدث تفاعلات كيميائية على سطح الرقاقة المكشوف حديثًا، ويتم نزع المنتجات وتدويرها ذهابًا وإيابًا، لتكوين سطح فائق النعومة تحت التأثير المشترك للركيزة والجسيمات الكاشطة والمواد الكيميائية المتفاعلة، كما هو موضح في الشكل

تطوير معدات التلميع الميكانيكية الكيميائية

تم اقتراح تقنية CMP لأول مرة من قبل شركة مونسانتو في عام 1965، ولكن تم استخدامها في البداية فقط للحصول على أسطح زجاجية عالية الجودة، مثل التلسكوبات العسكرية. تم تطوير أقدم معدات CMP المستخدمة في رقائق السيليكون بواسطة شركة IBM في مصنع East Fishkill في منتصف الثمانينيات باستخدام ملمعات Strasbaugh. في عام 1988، بدأت شركة IBM في استخدام تقنية CMP في تصنيع 4M DRAM. بحلول عام 1990، باعت شركة IBM ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (4M DRAM) باستخدام تقنية CMP إلى شركة Micron Technology، ودخلت في شراكة مع Motorola لإنتاج مكونات الكمبيوتر الشخصي لشركة Apple. بعد أن نجحت شركة IBM في تطبيق CMP على إنتاج 64M DRAM في عام 1991، تطورت تقنية CMP بسرعة في جميع أنحاء العالم، ومنذ ذلك الحين، انتقلت الدوائر المنطقية والذاكرة المختلفة إلى CMP على مستويات مختلفة من التطوير. بحلول عام 1994، مع الإنتاج الضخم لأجهزة 0.5 ميكرومتر وتطوير عملية 0.35 ميكرومتر، دخلت عملية CMP تدريجيًا إلى خط الإنتاج، وتم تشكيل سوق المعدات في البداية.

معدات التلميع الميكانيكية الكيميائية وتحليل سوق المواد الاستهلاكية

ينقسم سوق CMP بشكل أساسي إلى سوق المعدات وسوق المواد الاستهلاكية، حيث تمثل المواد الاستهلاكية ما يقرب من 68٪، حيث تمثل المعدات الجزء الرئيسي 32٪ فقط، لذلك سيتم دمج هذا القسم مع المعدات والمواد الاستهلاكية لإجراء تحليل شامل. تشير معدات CMP بشكل عام إلى آلة تلميع الرقاقة، وتشمل المواد الاستهلاكية CMP بشكل أساسي معجون التلميع، ولوحة التلميع، وعامل التنظيف، وما إلى ذلك، ومن بينها، آلة التلميع، ومعجون التلميع، ولوحة التلميع هي العناصر الرئيسية الثلاثة لعملية CMP، وأدائها. وتحدد المطابقة إلى حد كبير مستوى تسطيح السطح الذي يمكن للرقاقة تحقيقه بعد CMP.

تحليل سوق معدات CMP

على الرغم من أن نسبة سوق معدات CMP أقل بكثير من نسبة المواد الاستهلاكية، إلا أنها العنصر الأساسي في عملية CMP نظرًا لمحتواها الفني العالي. وفقًا لبيانات معهد البحوث الاقتصادية الصيني، سيبلغ حجم السوق العالمي لمعدات CMP في عام 2020 1.767 مليار دولار أمريكي، و2.783 مليار دولار أمريكي في عام 2021، بنمو سنوي قدره 57.48%. من المتوقع أن يصل حجم السوق العالمي إلى 3.076 مليار دولار أمريكي في عام 2022. أصبحت معدات CMP ذات أهمية متزايدة في صناعة أشباه الموصلات، وتتوقع شركة Industry ARC الأمريكية أن يحافظ حجم سوق معدات CMP على معدل نمو مركب قدره 7.2% من عام 2020 إلى عام 2025 وتصل إلى 3.61 مليار دولار في عام 2025. وفقًا لتحليل سوق صناعة معدات CMP لعام 2020 الذي أجراه معهد أبحاث الصناعة المستقبلية، قفزت الصين إلى أكبر سوق، وهو ما يمثل إجمالي 35٪ من السوق العالمية، منها البر الرئيسي يمثل السوق 25%، ويشكل سوق تايوان 10%؛ وتمثل كوريا الجنوبية والولايات المتحدة واليابان وأوروبا 26% و13% و9% و7% من السوق العالمية على التوالي. وفقًا لمعهد الأبحاث، تتصدر الولايات المتحدة واليابان الطريق في تصنيع معدات CMP، حيث تمثل المواد التطبيقية (AMAT) في الولايات المتحدة وشركة Ebara Machinery (Ebara) في اليابان 70% و25% من السوق العالمية، على التوالي. . بالإضافة إلى ذلك، يمتلك بيتر ولترز من ألمانيا حوالي 3% من السوق العالمية؛ من وجهة النظر المحلية، تشغل الشركات الأجنبية أكثر من 82% من سوق البر الرئيسي، والتقدم في توطين معدات CMP غير كافٍ على الإطلاق، فقط Tianjun الميكانيكية والكهربائية، Tianjin Huahai Qingke تحتل 12% من سوق البر الرئيسي، 6%، في بالإضافة إلى ذلك، لدى شركة China Electronics Technology Group Company 45 Institute (المشار إليها باسم "CLP 45 Institute") أبحاث وتطوير معدات CMP. أحدث تطور لشركة Applied Materials، وشركة Ebara Machinery Manufacturing Company، وPete Walters، العمالقة الثلاثة لمعدات CMP، تعد شركة Applied Materials أكبر مورد لمعدات CMP. في عام 2003، أنهت شركة Applied Materials إنتاج جميع المعدات مقاس 8 بوصة وركزت على معدات CMP مقاس 12 بوصة. كما هو مبين في الشكل

أحدث جيل من المواد المستخدمة هو ReflexionTM-LK300، وهو جزء من عائلة Mirra الكلاسيكية، التي توفر حلول تسطيح عالية الأداء ومثبتة الإنتاج مقاس 150 مم و200 مم للسيليكون وعزل الخنادق الضحلة (STI) والأكسيد والبولي سيليكون والتنغستن المعدني والنحاس. ترصيع التطبيقات. تتميز الأقراص الدوارة المسطحة عالية السرعة ورؤوس الطحن متعددة المناطق بضغط منخفض لتحقيق توحيد وكفاءة ممتازين. يعمل المنظف اللاحق CMP المتكامل والمجهز بـ MIRRA Mesa على إزالة الملاط بشكل فعال، ويمنع تكوين البقايا، ويقلل من الجزيئات وعلامات الماء. بالنسبة لتطبيقات الفسيفساء النحاسية، تم تجهيز معدات CMP من شركة Applied Materials بتقنية تنظيف وشطف Desica مقاس 200 مم، والتي تستخدم مجففات البخار Marangoni لتجفيف سريع وفعال بدون علامات مائية. يوفر ReflexionTM-LK 300 قياسًا مباشرًا وإمكانيات متقدمة للتحكم في العمليات من خلال نهج متكامل لنقطة النهاية، مما يضمن تحكمًا ممتازًا في العمليات داخل الرقاقات وفيما بينها وإمكانية التكرار لجميع تطبيقات التسطيح.

Peter Walters هي شركة مصنعة معروفة لمعدات أشباه الموصلات في أوروبا، وقد ركزت على البحث والتطوير لمعدات CMP، ولديها تصميم فريد وفهم في مجال مواد السيليكون CMP. معدات CMP التي تم إنتاجها من قبل Pete Walters تشمل بشكل أساسي PM200-Apollo، PM200 GEMINI، PM300-Apollo، HFP200، HFP300، وما إلى ذلك، وهي معدات CMP دوارة، من بينها أحدث جيل من نوع PM300-Apollo هو معدات معالجة CMP السيليكون 300 مم. يمكن تحقيق وظيفة التجفيف في حالة الرطب أو التجفيف في حالة الجفاف وفقًا للتكوينات المختلفة. كما هو موضح في الشكل 9-4، فإن HFP300 هو أحدث معدات معالجة رقائق السيليكون 300 مم التي طورها Peter Wolters، والتي تعمل على تحسين كفاءة الإنتاج بنسبة 30% مقارنة بالجيل السابق.

الشركات المصنعة المحلية لـ CMP هي بشكل أساسي Tianjun Mechanical and Electrical، وHuahai Qingke، وCLP 45، بالإضافة إلى ذلك، أطلقت Sheng Mei Semiconductor أيضًا منتجات معدات CMP في عام 2019، لتصبح قوة جديدة لمعدات CMP المحلية. Tianjun Electromechanical، الاسم الكامل هو Shanghai Tianjun Electromechanical Equipment Co., LTD.، تأسست في عام 2005، وهي عبارة عن مجموعة من المواد الكيميائية ونظام إمداد السوائل الكاشطة وأبحاث وتطوير معدات التنظيف الرطب والإنتاج والمبيعات والخدمة كواحدة من الشركات المشتركة- شركات الأوراق المالية. تعمل بشكل رئيسي في النظام الكيميائي CDS ، ونظام السائل الكاشطة SDS ، وحفر العملية الرطبة WPS ، والبحث والتطوير في معدات التنظيف بالموجات فوق الصوتية الدقيقة ، والإنتاج ، والتصنيع.

سلف Huahai Qingke هو فريق البحث الذي تم تأسيسه في عام 2000 تحت قيادة الأكاديمي Luo Jianbin والبروفيسور Lu Xinchun. في عام 2012، قاد الأكاديمي Luo Jianbin فريق البحث لتطوير أول معدات CMP جافة في 12 بوصة بنجاح مع حقوق الملكية الفكرية المستقلة في الصين. في مارس 2013، استثمرت شركة Tsinghua Holdings وبلدية Tianjin في Huahai Qingke. تعزيز عملية التصنيع من الإنجازات العلمية والتكنولوجية. في عام 2014، طورت Huahai Qingke أول نموذج تجاري CMP للمدخلات الجافة والمخرجات الجافة مقاس 12 بوصة - Universal-300، كما هو موضح في الشكل 9-6. دخلت الآلة مصنع SMIC بكين في عام 2015، واجتازت تقييم SMIC وحققت المبيعات في عام 2016.

يتم استخدام معدات CMP الخاصة بـ Senmei بشكل أساسي في عملية التوصيل البيني النحاسي من 65 إلى 45 نانومتر للحزم الخلفية. لقد أتقنت شركة Senmei Semiconductor تقنية تلميع الرقاقات الخالية من الإجهاد، وتم شراء النماذج الأولية التي تستخدم هذه التقنية من قبل شركة Intel وLSI Logic. في "SEMICON China 2019" في شنغهاي في مارس 2019، أطلقت شركة Shengmei Semiconductor مرة أخرى معدات رمي ​​النحاس للتغليف المتقدمة، وتم تطوير معدات رمي ​​النحاس للتغليف التي تم إطلاقها حديثًا لعملية تغليف شرائح الذكاء الاصطناعي (AI). وتتطلب رقائق الذكاء الاصطناعي التي تحتوي على عدد أكبر من المسامير عملية تعبئة جديدة ثلاثية الأبعاد ومعدات تعبئة، وتتطلب عملية التلميع مسحوق تلميع عالي التكلفة. يظهر هنا أحدث رسم تخطيطي لمعدات UltraSFP ap335 من شركة Semiconductor. بالنسبة لمتطلبات عملية التعبئة والتغليف 2.5D، يستخدم UltraSFP ap335 عملية تلميع كهربائي رطبة، ودمج التلميع الخالي من الإجهاد (SFP)، والطحن الميكانيكي الكيميائي (CMP) وعملية النقش الرطب (الحفر الرطب). فهو لا يقلل فقط من استهلاك مسحوق التلميع بحوالي 90%، ولكنه أيضًا يستعيد النحاس الموجود في سائل التلميع. ونظرًا لإمكانية إعادة تدوير السائل الكيميائي الناتج عن التلميع الكهربائي بشكل متكرر، فإنه يمكن أن يوفر أكثر من 80% من تكلفة الإمدادات.

تحليل سوق المواد الاستهلاكية CMP

وفقًا لبيانات معهد أبحاث الصناعة المستقبلية، سيصل حجم سوق سائل التلميع ووسادة التلميع العالمية في عام 2020 إلى 2.01 مليار دولار أمريكي و1.32 مليار دولار أمريكي على التوالي. في عام 2019، استحوذ التوزيع السوقي لمختلف المواد الاستهلاكية في CMP على حصة عالية بلغت 48.1%، واستحوذت وسادة التلميع على 31.6% من الحصة في المرتبة الثانية، وهي المكونات الرئيسية لسوق المواد الاستهلاكية CMP.

1) يعد سائل التلميع أحد العناصر الرئيسية لـ CMP، ويؤثر أدائه بشكل مباشر على جودة السطح المصقول. يتكون تكوين معجون التلميع بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء: وسط التآكل، عامل تشكيل الفيلم والعامل المساعد، جزيئات النانو الكاشطة. يجب أن يلبي معجون التلميع متطلبات سرعة التلميع السريعة وتوحيد التلميع الجيد وسهولة التنظيف بعد التلميع. لا ينبغي أن تكون صلابة الجسيمات الكاشطة عالية جدًا لضمان أن يكون الضرر الميكانيكي لسطح الفيلم خفيفًا نسبيًا. في عام 2019، بلغ حجم سوق سائل التلميع CMP العالمي 2.01 مليار دولار، وكان السوق محتكرًا بشكل أساسي من قبل شركات مثل Cabot Corporation وVersum في الولايات المتحدة وFujimi في اليابان. تعد كابوت المورد الرائد عالميًا لسوائل التلميع، حيث بلغت إيرادات مبيعاتها 411 مليون دولار في عام 2019 وأعلى حصة في السوق، لكن هيمنتها تتراجع عامًا بعد عام، حيث انخفضت حصتها السوقية من حوالي 80% في عام 2000 إلى حوالي 35% في عام 2019. تعد Versum شركة مصنعة راسخة للمواد المتقدمة ومواد المعالجة في الولايات المتحدة، وتمتلك ما يقرب من 20% من أعمال سوائل التلميع العالمية في عام 2019. Fujimi هي شركة يابانية تركز على البحث وتطوير المواد الكاشطة ومبيعات CMP. وبلغت قيمة سائل التلميع 14.621 مليار ين في عام 2019، وهو ما يمثل حوالي 15% من الحصة العالمية. المورد الرئيسي في الصين هو Anji Microelectronics Technology (Shanghai) Co., LTD. (المشار إليها فيما يلي باسم "تقنية Anji")، التي تم تأسيسها في منطقة Pudong الجديدة، شنغهاي في عام 2004، وتتخصص في مجموعة كاملة من مواد التلميع CMP ومقاومات الضوء، بإجمالي إيرادات قدره 208 مليون يوان في عام 2019.

2) تتكون وسادة التلميع، والمعروفة أيضًا باسم وسادة الطحن CMP، بشكل أساسي من مادة البولي يوريثين التي تحتوي على مادة الحشو، والتي تستخدم للتحكم في صلابة وسادة الصوف. الجزء البارز من سطح وسادة التلميع يتصل مباشرة بالرقاقة ويحتك بها، ويتم رش سائل التلميع بالتساوي على سطح وسادة التلميع لإزالة طبقة التلميع، وأخيرًا يقوم سائل التلميع بإخراج منتج التفاعل من الرقاقة. وسادة تلميع. تؤثر خصائص وسادة التلميع بشكل مباشر على جودة سطح الرقاقة وهي أحد العوامل المباشرة المرتبطة بتأثير التسطيح.

فونتيل تكنولوجيز بي تي إي. المحدودة. يقع مقرنا في سنغافورة، ونحن نركز على البحث والتطوير والتصنيع والخدمات الفنية لأجزاء السيراميك الدقيقة في مجال أشباه الموصلات لأكثر من 10 سنوات. منتجنا الرئيسي هو ظرف السيراميك، المؤثر النهائي الخزفي، المكبس الخزفي والشعاع المربع الخزفي، بما في ذلك قسم البحث والتطوير، قسم مراقبة الجودة، قسم التصميم وقسم المبيعات.