Das Prinzip der chemisch-mechanischen Polierausrüstung von CMP und die Einführung in- und ausländischer Gerätehersteller

Chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist eine Technik zur Glättung der Waferoberfläche im Prozess der IC-Chip-Herstellung. Durch eine chemische Reaktion zwischen Polierflüssigkeit und Waferoberfläche entsteht eine leicht zu bearbeitende Oxidschicht, und anschließend wird die Oxidoberfläche durch mechanische Einwirkung entfernt. Durch mehrere abwechselnde chemische und mechanische Einwirkungen entsteht eine gleichmäßige ebene Waferoberfläche. Bei CMP-Geräten handelt es sich um eine Sammlung modernster Technologien aus den Bereichen Mechanik, Strömungsmechanik, Materialchemie, Feinverarbeitung, Steuerungssoftware und anderen integrierten Schaltkreisen. Die Verarbeitung von Geräten ist komplexer und es ist schwieriger, eines dieser Geräte zu entwickeln.

Prinzip der chemisch-mechanischen Polierausrüstung

Das CMP-Gerät drückt den zu polierenden Wafer auf ein elastisches Polierpad. Beim Polieren fließt die Polierpaste kontinuierlich zwischen Wafer und Polierpad. Durch den Hochgeschwindigkeits-Umkehrbetrieb der oberen und unteren Platte werden die Reaktionsprodukte auf der Waferoberfläche kontinuierlich abgezogen, die neue Polierpaste hinzugefügt und die Reaktionsprodukte mit der Polierpaste abtransportiert. Auf der neu freigelegten Waferoberfläche finden chemische Reaktionen statt, und die Produkte werden abgestreift und hin und her bewegt, wodurch unter der kombinierten Wirkung von Substrat, Schleifpartikeln und chemischen Reaktanten eine superfeine Oberfläche entsteht, wie in der Abbildung dargestellt

Entwicklung von chemisch-mechanischen Poliergeräten

Die CMP-Technologie wurde erstmals 1965 von Monsanto vorgeschlagen, zunächst jedoch nur zur Herstellung hochwertiger Glasoberflächen, beispielsweise für Militärteleskope, eingesetzt. Die früheste CMP-Ausrüstung für Siliziumwafer wurde Mitte der 1980er Jahre von IBM in seinem Werk in East Fishkill unter Verwendung von Strasbaugh-Polituren entwickelt. 1988 begann IBM, die CMP-Technologie bei der Herstellung von 4M-DRAM einzusetzen. Bis 1990 hatte IBM 4 Mio. DRAM mit CMP-Technologie an Micron Technology verkauft und arbeitete mit Motorola zusammen, um PC-Komponenten für Apple herzustellen. Nachdem IBM 1991 CMP erfolgreich bei der Produktion von 64M DRAM eingesetzt hatte, entwickelte sich die CMP-Technologie weltweit rasant weiter, und seitdem sind verschiedene Logikschaltungen und Speicher in unterschiedlichen Entwicklungsskalen auf CMP umgestiegen. Im Jahr 1994, mit der Massenproduktion von 0,5-μm-Geräten und der Entwicklung des 0,35-μm-Prozesses, gelangte der CMP-Prozess nach und nach in die Produktionslinie und es entstand zunächst der Gerätemarkt.

Marktanalyse für chemisch-mechanische Poliergeräte und Verbrauchsmaterialien

Der CMP-Markt ist hauptsächlich in den Ausrüstungsmarkt und den Verbrauchsmaterialmarkt unterteilt, wobei Verbrauchsmaterialien fast 68 % ausmachen, während der Hauptteil auf Ausrüstung nur 32 % entfällt. Daher wird dieser Abschnitt für eine umfassende Analyse mit Ausrüstung und Verbrauchsmaterialien kombiniert. CMP-Ausrüstung bezieht sich im Allgemeinen auf die Wafer-Poliermaschine. Zu den CMP-Verbrauchsmaterialien gehören hauptsächlich Polierpaste, Polierpad, Reinigungsmittel usw., wobei Poliermaschine, Polierpaste und Polierpad die drei Schlüsselelemente des CMP-Prozesses und seiner Leistung sind und die Anpassung bestimmt weitgehend die Oberflächenebenheit, die der Chip nach dem CMP erreichen kann.

Marktanalyse für CMP-Geräte

Obwohl der Anteil des CMP-Ausrüstungsmarktes viel geringer ist als der der Verbrauchsmaterialien, ist er aufgrund seines höheren technischen Inhalts das wichtigste Element des CMP-Prozesses. Nach Angaben des China Economic Research Institute wird der weltweite Markt für CMP-Ausrüstung im Jahr 2020 1,767 Milliarden US-Dollar und im Jahr 2021 2,783 Milliarden US-Dollar betragen, was einem Wachstum von 57,48 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Die globale Marktgröße wird im Jahr 2022 voraussichtlich 3,076 Mrd. Laut der Marktanalyse 2020 der CMP-Ausrüstungsindustrie des Prospective Industry Research Institute ist China zum größten Markt aufgestiegen und macht insgesamt 35 % des Weltmarktes aus, davon das Festland Der Markt machte 25 % und der taiwanesische Markt 10 % aus. Südkorea, die Vereinigten Staaten, Japan und Europa machen jeweils 26 %, 13 %, 9 % und 7 % des Weltmarktes aus. Nach Angaben des Forschungsinstituts sind die Vereinigten Staaten und Japan führend bei der Herstellung von CMP-Geräten, wobei Applied Materials (AMAT) aus den Vereinigten Staaten und Ebara Machinery (Ebara) aus Japan 70 % bzw. 25 % des Weltmarktes ausmachen . Darüber hinaus hat Peter Wolters aus Deutschland etwa 3 % des Weltmarktes; Aus inländischer Sicht sind mehr als 82 % des Festlandmarktes von ausländischen Unternehmen besetzt, und die Fortschritte bei der Lokalisierung von CMP-Geräten sind völlig unzureichend, nur Tianjun Mechanical and Electrical und Tianjin Huahai Qingke besetzen 12 % des Festlandmarkts, 6 % Darüber hinaus betreibt das China Electronics Technology Group Company 45 Institute (bezeichnet als „CLP 45 Institute“) Forschung und Entwicklung für CMP-Geräte. Applied Materials ist die neueste Entwicklung von Applied Materials, Ebara Machinery Manufacturing Company und Pete Walters, den drei Giganten der CMP-Ausrüstung, und der größte Anbieter von CMP-Ausrüstung. Im Jahr 2003 stellte Applied Materials die Produktion aller 8-Zoll-Geräte ein und konzentrierte sich auf 12-Zoll-CMP-Geräte. Wie in der Abbildung gezeigt

Die neueste Generation der verwendeten Materialien ist ReflexionTM-LK300, Teil der klassischen Mirra-Familie, die produktionserprobte, leistungsstarke 150-mm- und 200-mm-Abflachungslösungen für Silizium, flache Grabenisolierung (STI), Oxid, Polysilizium, metallisches Wolfram und Kupfer bietet Einlegeanwendungen. Seine Hochgeschwindigkeits-Flachdrehtische und Mehrzonen-Schleifköpfe verfügen über einen niedrigen Druck für hervorragende Gleichmäßigkeit und Effizienz. Der mit MIRRA ausgestattete integrierte CMP-Nachreiniger Mesa entfernt effektiv Schlamm, verhindert die Bildung von Rückständen und minimiert Partikel und Wasserflecken. Für Kupfermosaikanwendungen sind die CMP-Geräte von Applied Materials mit der 200-mm-Desica-Reinigungs- und Spültechnologie ausgestattet, die Marangoni-Dampftrockner für eine schnelle und effiziente Trocknung ohne Wasserzeichen verwendet. ReflexionTM-LK 300 bietet Inline-Messung und erweiterte Prozesssteuerungsfunktionen mit einem vollständigen Endpunkt-Ansatz und gewährleistet so eine hervorragende In-Wafer- und Inter-Wafer-Prozesskontrolle und Wiederholbarkeit für alle Glättungsanwendungen.

Peter Walters ist ein bekannter Hersteller von Halbleitergeräten in Europa, der sich auf die Forschung und Entwicklung von CMP-Geräten konzentriert und über ein einzigartiges Design und Verständnis im Bereich der CMP-Siliziummaterialien verfügt. Die von Pete Walters hergestellten CMP-Geräte umfassen hauptsächlich PM200-Apollo, PM200 GEMINI, PM300-Apollo, HFP200, HFP300 usw., bei denen es sich um rotierende CMP-Geräte handelt, darunter die neueste Generation des PM300-Apollo-Typs 300-mm-Silizium-CMP-Verarbeitungsgeräte. Die Funktion „Trocknen im Nassen“ oder „Trocknen im Trocknen“ kann je nach Konfiguration realisiert werden. Wie in Abbildung 9-4 dargestellt, handelt es sich bei der HFP300 um die neueste von Peter Wolters entwickelte 300-mm-Siliziumwafer-Bearbeitungsanlage, die die Produktionseffizienz im Vergleich zur Vorgängergeneration um 30 % verbessert.

Inländische CMP-Hersteller sind hauptsächlich Tianjun Mechanical and Electrical, Huahai Qingke und CLP 45. Darüber hinaus brachte Sheng Mei Semiconductor 2019 auch CMP-Ausrüstungsprodukte auf den Markt und entwickelte sich zu einer neuen Kraft inländischer CMP-Ausrüstung. Tianjun Electromechanical, vollständiger Name ist Shanghai Tianjun Electromechanical Equipment Co., LTD., wurde 2005 gegründet und ist eine Sammlung von Chemikalien, Schleifflüssigkeitsversorgungssystemen, Nassreinigungsgeräten, Forschung und Entwicklung, Produktion, Vertrieb und Service als eines der gemeinsamen Unternehmen. Aktienunternehmen. Hauptsächlich tätig in den Bereichen CDS für chemische Systeme, SDS für abrasive Flüssigkeitssysteme, WPS für Nassätzverfahren, Forschung und Entwicklung, Produktion und Herstellung von Präzisions-Ultraschallreinigungsgeräten.

Der Vorgänger von Huahai Qingke ist das im Jahr 2000 gegründete Forschungsteam unter der Leitung des Akademiemitglieds Luo Jianbin und des Professors Lu Xinchun. Im Jahr 2012 leitete der Akademiker Luo Jianbin das Forschungsteam bei der erfolgreichen Entwicklung der ersten 12-Zoll-CMP-Ausrüstung mit unabhängigen geistigen Eigentumsrechten in China. Im März 2013 investierten Tsinghua Holdings und die Stadt Tianjin in Huahai Qingke. Förderung des Industrialisierungsprozesses der wissenschaftlichen und technologischen Errungenschaften. Im Jahr 2014 entwickelte Huahai Qingke das erste kommerzielle CMP-Modell mit 12 Zoll Trockeneingang und Trockenausgang – Universal-300, wie in Abbildung 9-6 dargestellt. Die Maschine wurde 2015 in das SMIC-Werk in Peking geliefert, bestand die SMIC-Bewertung und erzielte 2016 Verkäufe.

Die CMP-Ausrüstung von Senmei wird hauptsächlich im 65- bis 45-nm-Kupferverbindungsprozess für Back-End-Pakete verwendet. Senmei Semiconductor beherrscht die spannungsfreie Wafer-Poliertechnologie und Prototypen, die diese Technologie verwenden, wurden von Intel und LSI Logic gekauft. Auf der „SEMICON China 2019“ in Shanghai im März 2019 stellte Shengmei Semiconductor erneut fortschrittliche Verpackungs-Kupfer-Wurfgeräte vor, und die neu eingeführte Verpackungs-Kupfer-Wurfausrüstung wurde für den Chip-Verpackungsprozess mit künstlicher Intelligenz (KI) entwickelt. KI-Chips mit mehr Stiften erfordern einen neuen dreidimensionalen Verpackungsprozess und eine neue Verpackungsausrüstung, und der Polierprozess erfordert teures Polierpulver. Dargestellt ist das neueste UltraSFP ap335-Gerätediagramm von Semi Semiconductor. Für die Anforderungen des 2,5D-Verpackungsprozesses verwendet der UltraSFP ap335 einen nassen Elektropolierprozess, der spannungsfreies Polieren (SFP), chemisch-mechanisches Schleifen (CMP) und Nassätzprozess (Wet Etch) integriert. Es reduziert nicht nur den Verbrauch an Polierpulver um etwa 90 %, sondern gewinnt auch das Kupfer in der Polierflüssigkeit zurück. Da die chemische Flüssigkeit beim Elektropolieren wiederholt recycelt werden kann, können mehr als 80 % der Materialkosten eingespart werden.

Marktanalyse für CMP-Verbrauchsmaterialien

Den Daten des Prospective Industry Research Institute zufolge wird der weltweite Markt für Polierflüssigkeiten und Polierpads im Jahr 2020 2,01 Milliarden US-Dollar bzw. 1,32 Milliarden US-Dollar erreichen. Im Jahr 2019 machte die Marktverteilung verschiedener Verbrauchsmaterialien in CMP einen hohen Anteil von 48,1 % aus, und das Polierpad machte 31,6 % des Anteils aus, was die Hauptbestandteile des CMP-Verbrauchsmaterialmarktes darstellt.

1) Polierflüssigkeit ist eines der Schlüsselelemente von CMP und ihre Leistung wirkt sich direkt auf die Qualität der polierten Oberfläche aus. Die Zusammensetzung der Polierpaste besteht hauptsächlich aus drei Teilen: Korrosionsmedium, Filmbildner und Hilfsstoff, Nano-Schleifpartikel. Die Polierpaste sollte die Anforderungen einer schnellen Poliergeschwindigkeit, einer guten Gleichmäßigkeit des Polierens und einer einfachen Reinigung nach dem Polieren erfüllen. Die Härte der Schleifpartikel sollte nicht zu hoch sein, um sicherzustellen, dass die mechanische Beschädigung der Folienoberfläche relativ gering ist. Im Jahr 2019 betrug der weltweite Markt für CMP-Polierflüssigkeiten 2,01 Milliarden US-Dollar und der Markt wurde hauptsächlich von Unternehmen wie Cabot Corporation und Versum in den USA und Fujimi in Japan monopolisiert. Cabot ist der weltweit führende Anbieter von Polierflüssigkeiten mit einem Umsatz von 411 Millionen US-Dollar im Jahr 2019 und dem höchsten Marktanteil. Seine Dominanz nimmt jedoch von Jahr zu Jahr ab, wobei sein Marktanteil von etwa 80 % im Jahr 2000 auf etwa 35 % im Jahr 2019 sank Versum ist ein etablierter Hersteller von fortschrittlichen Materialien und Prozessmaterialien in den Vereinigten Staaten, der im Jahr 2019 etwa 20 % des weltweiten Polierflüssigkeitsgeschäfts ausmachte. Fujimi ist ein japanisches Unternehmen, das sich auf die Forschung und Entwicklung von Schleifmaterialien und den Vertrieb von CMP konzentriert Polierflüssigkeit erreichte im Jahr 2019 14,621 Milliarden Yen, was etwa 15 % des weltweiten Anteils ausmacht. Der Hauptlieferant in China ist Anji Microelectronics Technology (Shanghai) Co., LTD. (im Folgenden als „Anji Technology“ bezeichnet), das 2004 im Pudong New District, Shanghai, gegründet wurde und sich auf ein umfassendes Sortiment an CMP-Poliermaterialien und Fotolacken spezialisiert hat, mit einem Gesamtumsatz von 208 Millionen Yuan im Jahr 2019.

2) Polierpad, auch CMP-Schleifpad genannt, besteht hauptsächlich aus Polyurethanmaterial mit Füllmaterial, das zur Kontrolle der Härte des Wollpads verwendet wird. Der hervorstehende Teil der Oberfläche des Polierpads berührt den Wafer direkt und reibt mit ihm, und die Polierflüssigkeit wird gleichmäßig auf die Oberfläche des Polierpads gesprüht, um die Polierschicht zu entfernen, und schließlich nimmt die Polierflüssigkeit das Reaktionsprodukt aus dem Wafer Polierpad. Die Eigenschaften des Polierpads wirken sich direkt auf die Oberflächenqualität des Wafers aus und sind einer der direkten Faktoren im Zusammenhang mit dem Abflachungseffekt.

FOUNTYL TECHNOLOGIES PTE. GMBH. mit Sitz in Singapur konzentrieren wir uns seit mehr als 10 Jahren auf die Forschung und Entwicklung, Herstellung und technische Dienstleistungen von Präzisionskeramikteilen im Halbleiterbereich. Unsere Hauptprodukte sind Keramikfutter, Keramik-Endeffektor, Keramikkolben und Keramik-Vierkantbalken, einschließlich Forschungs- und Entwicklungsabteilung, Qualitätskontrollabteilung, Konstruktionsabteilung und Vertriebsabteilung.