Principio del equipo de pulido mecánico químico CMP y la introducción de fabricantes de equipos nacionales y extranjeros.

El pulido químico mecánico (CMP) es una técnica utilizada para alisar la superficie de la oblea en el proceso de fabricación de chips IC. Mediante una reacción química entre el líquido de pulido y la superficie de la oblea, se forma una capa de óxido fácilmente procesable y luego la superficie de óxido se elimina mediante acción mecánica. Después de varias acciones químicas y mecánicas alternas, se forma una superficie de oblea plana y uniforme. El equipo CMP es una colección de mecánica, mecánica de fluidos, química de materiales, procesamiento fino, software de control y otros campos de la tecnología más avanzada en uno de los equipos de proceso de circuito integrado que es más complejo y difícil de desarrollar.

Principio del equipo de pulido mecánico químico.

El dispositivo CMP presiona la oblea a pulir sobre una almohadilla de pulido elástica. Al pulir, la pasta de pulir fluye continuamente entre la oblea y la almohadilla de pulido. La operación inversa de alta velocidad de las placas superior e inferior hace que los productos de reacción en la superficie de la oblea se despeguen continuamente, se agrega la nueva pasta de pulido y los productos de reacción se llevan con la pasta de pulido. Se producen reacciones químicas en la superficie de la oblea recién expuesta, y los productos se retiran y se ciclan de un lado a otro, formando una superficie superfina bajo la acción combinada del sustrato, partículas abrasivas y reactivos químicos, como se muestra en la figura.

Desarrollo de equipos de pulido mecánico químico.

La tecnología CMP fue propuesta por primera vez por Monsanto en 1965, pero inicialmente sólo se utilizó para obtener superficies de vidrio de alta calidad, como los telescopios militares. El primer equipo CMP utilizado en obleas de silicio fue desarrollado por IBM en su planta de East Fishkill a mediados de la década de 1980 utilizando pulimentos Strasbaugh. En 1988, IBM comenzó a utilizar la tecnología CMP en la fabricación de 4M DRAM. En 1990, IBM había vendido 4 millones de DRAM utilizando tecnología CMP a Micron Technology y se había asociado con Motorola para producir componentes de PC para Apple. Después de que IBM aplicó con éxito CMP a la producción de 64 M DRAM en 1991, la tecnología CMP se ha desarrollado rápidamente en todo el mundo y, desde entonces, varios circuitos lógicos y memorias se han trasladado a CMP en diferentes escalas de desarrollo. En 1994, con la producción en masa de dispositivos de 0,5 μm y el desarrollo del proceso de 0,35 μm, el proceso CMP ingresó gradualmente a la línea de producción y se formó inicialmente el mercado de equipos.

Análisis de mercado de equipos y consumibles de pulido mecánico químico.

El mercado de CMP se divide principalmente en mercado de equipos y mercado de consumibles, de los cuales los consumibles representan casi el 68%, mientras que los equipos representan solo el 32%, por lo que esta sección se combinará con equipos y consumibles para un análisis completo. El equipo CMP generalmente se refiere a la máquina pulidora de obleas, los consumibles de CMP incluyen principalmente pasta de pulido, almohadilla de pulido, agente de limpieza, etc., entre los cuales, la máquina pulidora, la pasta de pulido y la almohadilla de pulido son los tres elementos clave del proceso CMP y su rendimiento. y la coincidencia determina en gran medida el nivel de planitud de la superficie que el chip puede alcanzar después de CMP.

Análisis del mercado de equipos CMP

Aunque la proporción del mercado de equipos CMP es mucho menor que la de los consumibles, es el elemento más central del proceso CMP debido a su mayor contenido técnico. Según los datos del Instituto de Investigación Económica de China, el tamaño del mercado mundial de equipos CMP en 2020 será de 1.767 millones de dólares y de 2.783 millones de dólares en 2021, con un crecimiento interanual del 57,48%. Se espera que el tamaño del mercado global sea de 3.076 mil millones de dólares en 2022. Los equipos CMP son cada vez más importantes en la industria de semiconductores, y la empresa estadounidense Industry ARC predice que el tamaño del mercado de equipos CMP mantendrá una tasa de crecimiento compuesta del 7,2%. de 2020 a 2025 y alcanzará los 3.610 millones de dólares en 2025. Según el análisis del mercado de la industria de equipos CMP de 2020 realizado por el Prospective Industry Research Institute, China ha saltado al mercado más grande, representando un total del 35% del mercado global, de los cuales el continente el mercado representó el 25% y el mercado de Taiwán representó el 10%; Corea del Sur, Estados Unidos, Japón y Europa representan el 26%, 13%, 9% y 7% del mercado global, respectivamente. Según el instituto de investigación, Estados Unidos y Japón lideran la fabricación de equipos CMP, con Applied Materials (AMAT) de Estados Unidos y Ebara Machinery (Ebara) de Japón representando el 70% y el 25% del mercado global, respectivamente. . Además, Peter Wolters de Alemania tiene alrededor del 3% del mercado mundial; Desde el punto de vista interno, más del 82% del mercado continental está ocupado por empresas extranjeras, el progreso en la localización de equipos CMP es muy insuficiente, solo Tianjun Mechanical and Electrical, Tianjin Huahai Qingke ocupan el 12% del mercado continental, el 6%, en Además, el Instituto 45 de China Electronics Technology Group Company (denominado "Instituto CLP 45") tiene investigación y desarrollo de equipos CMP. Applied Materials, el último desarrollo de Applied Materials, Ebara Machinery Manufacturing Company y Pete Walters, los tres gigantes de los equipos CMP, es el mayor proveedor de equipos CMP. En 2003, Applied Materials finalizó la producción de todos los equipos de 8 pulgadas y se centró en los equipos CMP de 12 pulgadas. Como se muestra en la figura

La última generación de materiales aplicados es ReflexionTM-LK300, parte de la familia clásica Mirra, que proporciona soluciones de aplanamiento de alto rendimiento y probadas en producción de 150 mm y 200 mm para silicio, aislamiento de zanjas poco profundas (STI), óxido, polisilicio, tungsteno metálico y cobre. aplicaciones de incrustaciones. Sus platos giratorios planos de alta velocidad y sus cabezales de molienda multizona tienen baja presión para una excelente uniformidad y eficiencia. El postlimpiador CMP integrado Mesa, equipado con MIRRA, elimina eficazmente los lodos, previene la formación de residuos y minimiza las partículas y las marcas de agua. Para aplicaciones de mosaico de cobre, el equipo CMP de Applied Materials está equipado con tecnología de limpieza y enjuague Desica de 200 mm, que utiliza secadores de vapor Marangoni para un secado rápido y eficiente sin marcas de agua. ReflexionTM-LK 300 proporciona medición en línea y capacidades avanzadas de control de procesos con un enfoque de punto final completo, lo que garantiza un excelente control y repetibilidad del proceso dentro y entre obleas para todas las aplicaciones de aplanamiento.

Peter Walters es un conocido fabricante de equipos semiconductores en Europa, se ha centrado en la investigación y el desarrollo de equipos CMP y tiene un diseño y conocimientos únicos en el campo de los materiales de silicio CMP. Los equipos CMP producidos por Pete Walters incluyen principalmente PM200-Apollo, PM200 GEMINI, PM300-Apollo, HFP200, HFP300, etc., que son equipos CMP rotativos, entre los cuales la última generación del tipo PM300-Apollo es el equipo de procesamiento CMP de silicio de 300 mm. La función de secado en mojado o secado en seco se puede realizar según diferentes configuraciones. Como se muestra en la Figura 9-4, el HFP300 es el último equipo de procesamiento de obleas de silicio de 300 mm desarrollado por Peter Wolters, que mejora la eficiencia de producción en un 30 % en comparación con la generación anterior.

Los fabricantes nacionales de CMP son principalmente Tianjun Mechanical and Electrical, Huahai Qingke, CLP 45; además, Sheng Mei Semiconductor también lanzó productos de equipos CMP en 2019, convirtiéndose en una nueva fuerza de equipos CMP nacionales. Tianjun Electromechanical, el nombre completo es Shanghai Tianjun Electromechanical Equipment Co., LTD., fue fundada en 2005, es una colección de productos químicos, sistemas de suministro de líquidos abrasivos, investigación y desarrollo de equipos de limpieza en húmedo, producción, ventas y servicios como uno de los conjuntos. empresas por acciones. Se dedica principalmente al sistema químico CDS, sistema de líquido abrasivo SDS, proceso húmedo de grabado WPS, investigación y desarrollo de equipos de limpieza ultrasónica de precisión, producción y fabricación.

El predecesor de Huahai Qingke es el equipo de investigación establecido en 2000 bajo el liderazgo del académico Luo Jianbin y el profesor Lu Xinchun. En 2012, el académico Luo Jianbin dirigió el equipo de investigación para desarrollar con éxito el primer equipo CMP seco en seco de 12 pulgadas con derechos de propiedad intelectual independientes en China. En marzo de 2013, Tsinghua Holdings y la municipalidad de Tianjin invirtieron en Huahai Qingke. Impulsar el proceso de industrialización de los logros científicos y tecnológicos. En 2014, Huahai Qingke desarrolló el primer modelo comercial CMP de entrada seca y salida seca de 12 pulgadas: Universal-300, como se muestra en la Figura 9-6. La máquina ingresó a la fábrica de SMIC Beijing en 2015, pasó la evaluación de SMIC y logró ventas en 2016.

El equipo CMP de Senmei se utiliza principalmente en el proceso de interconexión de cobre de 65 a 45 nm para paquetes de back-end. Senmei Semiconductor ha dominado la tecnología de pulido sin estrés de obleas, e Intel y LSI Logic han adquirido prototipos que utilizan esta tecnología. En "SEMICON China 2019" en Shanghai en marzo de 2019, Shengmei Semiconductor lanzó una vez más equipos avanzados de lanzamiento de cobre para embalaje, y el equipo de lanzamiento de cobre para embalaje recientemente lanzado está desarrollado para el proceso de empaquetado de chips de inteligencia artificial (IA). Los chips de IA con más pines requieren un nuevo proceso de empaque tridimensional y equipos de empaque, y el proceso de pulido requiere un polvo de pulido de alto costo. Se muestra el diagrama del equipo UltraSFP ap335 más reciente de Semi Semiconductor. Para los requisitos del proceso de envasado 2,5D, el UltraSFP ap335 utiliza un proceso de electropulido húmedo, que integra pulido sin estrés (SFP), rectificado químico mecánico (CMP) y proceso de grabado en húmedo (grabado en húmedo). No sólo reduce el consumo de polvo de pulido en aproximadamente un 90%, sino que también recupera el cobre del líquido de pulido. Debido a que el líquido químico del electropulido se puede reciclar repetidamente, se puede ahorrar más del 80% del costo de los suministros.

Análisis del mercado de consumibles CMP

Según datos del Prospective Industry Research Institute, el tamaño del mercado mundial de líquidos para pulir y almohadillas para pulir en 2020 alcanzará los 2.010 millones de dólares estadounidenses y los 1.320 millones de dólares estadounidenses, respectivamente. En 2019, la distribución de mercado de varios consumibles en CMP representó una alta participación del 48,1%, y la almohadilla de pulido representó el 31,6% de la participación que ocupó el segundo lugar, que son los principales componentes del mercado de consumibles de CMP.

1) El líquido de pulido es uno de los elementos clave de CMP y su rendimiento afecta directamente la calidad de la superficie pulida. La composición de la pasta de pulir se compone principalmente de tres partes: medio corrosivo, agente formador de película y agente auxiliar, partículas nanoabrasivas. La pasta de pulido debe cumplir con los requisitos de velocidad de pulido rápida, buena uniformidad de pulido y fácil limpieza después del pulido. La dureza de las partículas abrasivas no debe ser demasiado alta para garantizar que el daño mecánico a la superficie de la película sea relativamente leve. En 2019, el mercado mundial de líquidos de pulido CMP ascendía a 2.010 millones de dólares y el mercado estaba monopolizado principalmente por empresas como Cabot Corporation y Versum en Estados Unidos y Fujimi en Japón. Cabot es el principal proveedor mundial de fluidos de pulido, con ingresos por ventas de 411 millones de dólares en 2019 y la mayor participación de mercado, pero su dominio está disminuyendo año tras año, y su participación de mercado cae de aproximadamente el 80 % en 2000 a aproximadamente el 35 % en 2019. Versum es un fabricante establecido de materiales avanzados y materiales de proceso en los Estados Unidos, con aproximadamente el 20 % del negocio mundial de fluidos de pulido en 2019. Fujimi es una empresa japonesa centrada en la investigación y el desarrollo de materiales abrasivos y las ventas de CMP. El líquido de pulido alcanzó los 14.621 millones de yenes en 2019, lo que representa aproximadamente el 15% de la participación mundial. El principal proveedor en China es Anji Microelectronics Technology (Shanghai) Co., LTD. (en lo sucesivo, "Anji Technology"), que se estableció en el nuevo distrito de Pudong, Shanghai en 2004, y se especializa en una gama completa de materiales de pulido y fotoprotectores CMP, con unos ingresos totales de 208 millones de yuanes en 2019.

2) La almohadilla de pulido, también conocida como almohadilla de pulido CMP, está compuesta principalmente de material de poliuretano que contiene material de relleno, que se utiliza para controlar la dureza de la almohadilla de lana. La parte sobresaliente de la superficie de la almohadilla de pulido contacta y fricciona directamente con la oblea, y el líquido de pulido se rocía uniformemente sobre la superficie de la almohadilla de pulido para eliminar la capa de pulido y, finalmente, el líquido de pulido saca el producto de reacción del almohadilla de pulido. Las propiedades de la almohadilla de pulido afectan directamente la calidad de la superficie de la oblea y son uno de los factores directos relacionados con el efecto de aplanamiento.

FOUNTYL TECNOLOGÍAS PTE. LIMITADO. Estaba ubicada en Singapur y nos centramos en la investigación y el desarrollo, la fabricación y los servicios técnicos de piezas cerámicas de precisión en el campo de los semiconductores durante más de 10 años. Nuestro producto principal es el mandril de cerámica, el efector final de cerámica, el émbolo de cerámica y la viga cuadrada de cerámica, incluido el departamento de I+D, el departamento de control de calidad, el departamento de diseño y el departamento de ventas.