Prinsip peralatan penggilap mekanikal kimia CMP dan pengenalan pengeluar peralatan domestik dan asing

Penggilap mekanikal kimia (CMP) adalah teknik yang digunakan untuk melicinkan permukaan wafer dalam proses pembuatan cip IC. Dengan tindak balas kimia antara cecair penggilap dan permukaan wafer, lapisan oksida yang mudah diproses terbentuk, dan kemudian permukaan oksida dikeluarkan oleh tindakan mekanikal. Permukaan wafer rata yang seragam terbentuk selepas beberapa tindakan kimia dan mekanikal berselang-seli. Peralatan CMP adalah koleksi mekanik, mekanik bendalir, kimia bahan, pemprosesan halus, perisian kawalan dan bidang lain teknologi paling canggih dalam salah satu peralatan proses litar bersepadu yang lebih kompleks dan sukar untuk membangunkan salah satu peralatan.

Prinsip peralatan penggilap mekanikal kimia

Peranti CMP menekan wafer untuk digilap pada pad penggilap elastik. Apabila menggilap, pes penggilap mengalir secara berterusan antara wafer dan pad penggilap. Operasi terbalik berkelajuan tinggi pada plat atas dan bawah menyebabkan produk tindak balas pada permukaan wafer terus dikupas, dan pes penggilap baru ditambah, dan produk tindak balas terbawa-bawa bersama pes penggilap. Tindak balas kimia berlaku pada permukaan wafer yang baru terdedah, dan produk dilucutkan dan dikitar ke depan dan ke belakang, membentuk permukaan halus di bawah tindakan gabungan substrat, zarah kasar dan bahan tindak balas kimia, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.

Pembangunan peralatan penggilap mekanikal kimia

Teknologi CMP pertama kali dicadangkan oleh Monsanto pada tahun 1965, tetapi pada mulanya hanya digunakan untuk mendapatkan permukaan kaca berkualiti tinggi, seperti teleskop tentera. Peralatan CMP terawal yang digunakan pada wafer silikon telah dibangunkan oleh IBM di kilang East Fishkill pada pertengahan 1980-an menggunakan pengilat Strasbaugh. Pada tahun 1988, IBM mula menggunakan teknologi CMP dalam pembuatan DRAM 4M. Menjelang 1990, IBM telah menjual DRAM 4M menggunakan Teknologi CMP kepada Teknologi Micron, dan telah bekerjasama dengan Motorola untuk menghasilkan komponen PC untuk Apple. Selepas IBM berjaya menggunakan CMP pada pengeluaran 64M DRAM pada tahun 1991, teknologi CMP telah berkembang pesat di seluruh dunia, dan sejak itu, pelbagai litar logik dan ingatan telah berpindah ke CMP pada skala pembangunan yang berbeza. Menjelang tahun 1994, dengan pengeluaran besar-besaran peranti 0.5μm dan pembangunan proses 0.35μm, proses CMP secara beransur-ansur memasuki barisan pengeluaran, dan pasaran peralatan pada mulanya terbentuk.

Peralatan penggilap mekanikal kimia dan analisis pasaran bahan habis pakai

Pasaran CMP terbahagi terutamanya kepada pasaran peralatan dan pasaran bahan habis pakai, yang mana bahan habis pakai menyumbang hampir 68%, sebagai bahagian utama, peralatan hanya 32%, jadi bahagian ini akan digabungkan dengan peralatan dan bahan habis guna untuk analisis komprehensif. Peralatan CMP secara amnya merujuk kepada mesin penggilap wafer, bahan guna CMP terutamanya termasuk pes penggilap, pad penggilap, agen pembersih, dll., antaranya, mesin penggilap, pes penggilap, pad penggilap adalah tiga elemen utama proses CMP, dan prestasinya. dan padanan sebahagian besarnya menentukan tahap kerataan permukaan yang boleh dicapai oleh cip selepas CMP.

Analisis pasaran peralatan CMP

Walaupun perkadaran pasaran peralatan CMP jauh lebih rendah daripada bahan habis pakai, ia merupakan elemen paling teras proses CMP kerana kandungan teknikalnya yang lebih tinggi. Menurut data Institut Penyelidikan Ekonomi China, saiz pasaran peralatan CMP global pada 2020 ialah $1.767 bilion, dan $2.783 bilion pada 2021, dengan pertumbuhan tahun ke tahun sebanyak 57.48%. Saiz pasaran global dijangka sebanyak USD 3.076 bilion pada 2022. Peralatan CMP menjadi semakin penting dalam Industri semikonduktor, dan syarikat ARC Industri AS meramalkan bahawa saiz pasaran peralatan CMP akan mengekalkan kadar pertumbuhan kompaun sebanyak 7.2% dari 2020 hingga 2025 dan mencapai $3.61 bilion pada 2025. Menurut analisis pasaran industri peralatan CMP 2020 oleh Institut Penyelidikan Industri Prospektif, China telah melonjak ke pasaran terbesar, menyumbang sejumlah 35% daripada pasaran global, di mana tanah besar pasaran menyumbang 25%, dan pasaran Taiwan menyumbang 10%; Korea Selatan, Amerika Syarikat, Jepun dan Eropah masing-masing menyumbang 26%, 13%, 9% dan 7% daripada pasaran global. Menurut Institut penyelidikan, Amerika Syarikat dan Jepun mendahului dalam pembuatan peralatan CMP, dengan Bahan Gunaan (AMAT) Amerika Syarikat dan Jentera Ebara (Ebara) Jepun masing-masing menyumbang 70% dan 25% daripada pasaran global. . Di samping itu, Peter Wolters dari Jerman mempunyai kira-kira 3% daripada pasaran global; Dari sudut pandangan domestik, lebih daripada 82% pasaran tanah besar diduduki oleh perusahaan asing, kemajuan penyetempatan peralatan CMP tidak mencukupi, hanya Tianjun Mekanikal dan elektrikal, Tianjin Huahai Qingke menduduki 12% daripada pasaran tanah besar, 6%, dalam Selain itu, China Electronics Technology Group Company 45 Institute (dirujuk sebagai "CLP 45 Institute") mempunyai penyelidikan dan pembangunan peralatan CMP. Perkembangan terkini Bahan Gunaan, Syarikat Pembuatan Jentera Ebara dan Pete Walters, tiga gergasi peralatan CMP, Bahan Gunaan ialah pembekal terbesar peralatan CMP. Pada tahun 2003, Bahan Gunaan menamatkan pengeluaran semua peralatan 8in dan menumpukan pada peralatan CMP 12in. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah

Bahan gunaan generasi terkini ialah ReflexionTM-LK300, sebahagian daripada keluarga Mirra klasik, yang menyediakan penyelesaian perata 150mm dan 200mm yang terbukti pengeluaran, berprestasi tinggi untuk silikon, pengasingan parit cetek (STI), oksida, polisilikon, tungsten logam dan tembaga aplikasi tatahan. Meja putar rata berkelajuan tinggi dan kepala pengisar berbilang zon mempunyai tekanan rendah untuk keseragaman dan kecekapan yang sangat baik. Pembersih selepas CMP bersepadu yang dilengkapi MIRRA Mesa berkesan membuang buburan, menghalang pembentukan sisa dan meminimumkan zarah dan tanda air. Untuk aplikasi Mozek kuprum, peralatan CMP Bahan Gunaan dilengkapi dengan teknologi pembersihan dan pembilasan Desica 200mm, yang menggunakan pengering wap Marangoni untuk pengeringan tanpa tanda air yang cepat dan cekap. ReflexionTM-LK 300 menyediakan pengukuran dalam talian dan keupayaan kawalan proses lanjutan dengan pendekatan titik akhir yang lengkap, memastikan kawalan proses dalam wafer dan antara wafer yang sangat baik dan kebolehulangan untuk semua aplikasi meratakan.

Peter Walters ialah pengeluar peralatan semikonduktor yang terkenal di Eropah, telah memberi tumpuan kepada penyelidikan dan pembangunan peralatan CMP, dan mempunyai reka bentuk dan pemahaman yang unik dalam bidang bahan silikon CMP. Peralatan CMP yang dihasilkan oleh Pete Walters terutamanya termasuk PM200-Apollo, PM200 GEMINI, PM300-Apollo, HFP200, HFP300, dll., yang merupakan peralatan CMP berputar, antaranya generasi terkini jenis PM300-Apollo ialah peralatan pemprosesan CMP silikon 300mm. Fungsi kering dalam basah atau kering dalam kering boleh direalisasikan mengikut konfigurasi yang berbeza. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9-4, HFP300 ialah peralatan pemprosesan wafer silikon 300mm terbaharu yang dibangunkan oleh Peter Wolters, yang meningkatkan kecekapan pengeluaran sebanyak 30% berbanding generasi sebelumnya.

Pengeluar CMP domestik terutamanya Tianjun Mechanical and Electrical, Huahai Qingke, CLP 45, selain itu, Sheng Mei Semiconductor juga melancarkan produk peralatan CMP pada 2019, menjadi kuasa baharu peralatan CMP domestik. Tianjun Electromechanical, nama penuh ialah Shanghai Tianjun Electromechanical Equipment Co., LTD., ditubuhkan pada tahun 2005, adalah koleksi bahan kimia, sistem bekalan cecair kasar, penyelidikan dan pembangunan peralatan pembersihan basah, pengeluaran, jualan dan perkhidmatan sebagai salah satu daripada gabungan- perusahaan saham. Terutamanya terlibat dalam CDS sistem kimia, sistem cecair yang melelas SDS, proses basah etsa WPS, penyelidikan dan pembangunan peralatan pembersihan ultrasonik ketepatan, pengeluaran, pembuatan.

Pendahulu Huahai Qingke ialah pasukan penyelidik yang ditubuhkan pada tahun 2000 di bawah pimpinan Ahli Akademik Luo Jianbin dan Profesor Lu Xinchun. Pada 2012, Ahli Akademik Luo Jianbin mengetuai pasukan penyelidik untuk berjaya membangunkan peralatan CMP kering 12 inci pertama dengan hak harta intelek bebas di China. Pada Mac 2013, Tsinghua Holdings dan Perbandaran Tianjin melabur dalam Huahai Qingke. Menggalakkan proses perindustrian pencapaian saintifik dan teknologi. Pada tahun 2014, Huahai Qingke membangunkan model komersial CMP input kering 12in pertama dan keluaran kering -Universal-300, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9-6. Mesin itu memasuki kilang SMIC Beijing pada 2015, lulus penilaian SMIC dan mencapai jualan pada 2016.

Peralatan CMP Senmei digunakan terutamanya dalam proses sambung tembaga 65 hingga 45nm untuk pakej bahagian belakang. Senmei Semiconductor telah menguasai teknologi pengilat tanpa tekanan wafer, dan prototaip menggunakan teknologi ini telah dibeli oleh Intel dan LSI Logic. Pada "SEMICON China 2019" di Shanghai pada Mac 2019, Shengmei Semiconductor sekali lagi mengeluarkan peralatan melontar tembaga pembungkusan termaju, dan peralatan melontar tembaga pembungkusan yang baru dilancarkan dibangunkan untuk proses pembungkusan cip kecerdasan buatan (AI). Cip AI dengan lebih banyak pin memerlukan proses pembungkusan tiga dimensi baharu dan peralatan pembungkusan, dan proses penggilapan memerlukan serbuk penggilap kos tinggi. Ditunjukkan ialah gambarajah peralatan UltraSFP ap335 terkini daripada Semikonduktor. Untuk keperluan proses pembungkusan 2.5D, UltraSFP ap335 menggunakan proses penggilap elektro basah, menyepadukan penggilapan bebas tekanan (SFP), pengisaran mekanikal kimia (CMP) dan proses goresan basah (goresan basah). Ia bukan sahaja mengurangkan penggunaan serbuk penggilap sebanyak kira-kira 90%, tetapi juga memulihkan tembaga dalam cecair penggilap. Kerana cecair kimia elektropolishing boleh dikitar semula berulang kali, ia boleh menjimatkan lebih daripada 80% daripada kos bekalan.

Analisis pasaran bahan guna habis CMP

Menurut data Institut Penyelidikan Industri Prospektif, saiz pasaran cecair penggilap dan pad penggilap global pada 2020 masing-masing akan mencecah 2.01 bilion dolar AS dan 1.32 bilion dolar AS. Pada tahun 2019, pengedaran pasaran pelbagai bahan guna guna dalam CMP menyumbang bahagian yang tinggi sebanyak 48.1%, dan pad pengilat menyumbang 31.6% saham menduduki tempat kedua, yang merupakan komponen utama pasaran bahan guna guna CMP.

1) Cecair penggilap adalah salah satu elemen utama CMP, dan prestasinya secara langsung mempengaruhi kualiti permukaan yang digilap. Komposisi pes penggilap terutamanya terdiri daripada tiga bahagian: medium kakisan, agen pembentuk filem dan agen tambahan, zarah kasar nano. Pes penggilap harus memenuhi keperluan kelajuan penggilap yang cepat, keseragaman penggilap yang baik dan pembersihan yang mudah selepas menggilap. Kekerasan zarah kasar tidak boleh terlalu tinggi untuk memastikan kerosakan mekanikal pada permukaan filem adalah agak ringan. Pada 2019, pasaran cecair penggilap CMP global ialah $2.01 bilion, dan pasaran dimonopoli terutamanya oleh syarikat seperti Cabot Corporation dan Versum di Amerika Syarikat dan Fujimi di Jepun. Cabot ialah pembekal cecair penggilap terkemuka dunia, dengan hasil jualan sebanyak $411 juta pada 2019 dan bahagian pasaran tertinggi, tetapi penguasaannya merosot tahun demi tahun, dengan bahagian pasarannya jatuh daripada kira-kira 80% pada tahun 2000 kepada kira-kira 35% pada tahun 2019 . Versum ialah pengeluar bahan termaju dan bahan proses di Amerika Syarikat, dengan kira-kira 20% daripada perniagaan cecair penggilap global pada 2019. Fujimi ialah sebuah syarikat Jepun yang menumpukan pada penyelidikan dan pembangunan bahan kasar, dan penjualan CMP cecair penggilap mencapai 14.621 bilion yen pada 2019, menyumbang kira-kira 15% daripada bahagian global. Pembekal utama di China ialah Anji Microelectronics Technology (Shanghai) Co., LTD. (selepas ini dirujuk sebagai "Teknologi Anji"), yang ditubuhkan di Daerah Baru Pudong, Shanghai pada tahun 2004, dan pakar dalam rangkaian penuh bahan penggilap dan fotoresist CMP, dengan jumlah hasil sebanyak 208 juta yuan pada tahun 2019.

2) Pad penggilap, juga dikenali sebagai pad pengisaran CMP, terutamanya terdiri daripada bahan poliuretana yang mengandungi bahan pengisi, digunakan untuk mengawal kekerasan pad bulu. Bahagian permukaan pad penggilap yang menonjol secara langsung bersentuhan dan geseran dengan wafer, dan cecair penggilap disembur sama rata pada permukaan pad penggilap untuk mengeluarkan lapisan penggilap, dan akhirnya cecair penggilap mengeluarkan produk tindak balas daripada pad penggilap. Sifat-sifat pad penggilap secara langsung mempengaruhi kualiti permukaan wafer dan merupakan salah satu faktor langsung yang berkaitan dengan kesan merata。

FOUNTYL TECHNOLOGIES PTE. LTD. terletak di Singapura, kami memberi tumpuan kepada penyelidikan dan pembangunan, pembuatan dan perkhidmatan teknikal bahagian seramik ketepatan dalam bidang semikonduktor selama lebih daripada 10 tahun. produk utama kami ialah chuck seramik, effector hujung seramik, pelocok seramik dan rasuk persegi seramik, termasuk jabatan R&D, jabatan QC, jabatan Reka bentuk dan jabatan jualan.