CMP principe van chemische mechanische polijstapparatuur en de introductie van binnenlandse en buitenlandse fabrikanten van apparatuur

Chemisch-mechanisch polijsten (CMP) is een techniek die wordt gebruikt om het wafeloppervlak glad te maken tijdens de productie van IC-chips. Door een chemische reactie tussen de polijstvloeistof en het wafeloppervlak wordt een gemakkelijk te verwerken oxidelaag gevormd, waarna het oxideoppervlak door mechanische actie wordt verwijderd. Een uniform vlak waferoppervlak wordt gevormd na verschillende afwisselende chemische en mechanische acties. CMP-apparatuur is een verzameling van mechanica, vloeistofmechanica, materiaalchemie, fijne verwerking, besturingssoftware en andere gebieden van de meest geavanceerde technologie in een van de geïntegreerde circuitprocesapparatuur is complexer en moeilijker om een ​​van de apparatuur te ontwikkelen.

Principe van chemisch-mechanische polijstapparatuur

Het CMP-apparaat drukt de te polijsten wafel op een elastisch polijstkussen. Bij het polijsten stroomt de polijstpasta continu tussen de wafer en het polijstkussen. De snelle omgekeerde werking van de bovenste en onderste platen zorgt ervoor dat de reactieproducten op het wafeloppervlak continu worden afgepeld, en de nieuwe polijstpasta wordt toegevoegd, en de reactieproducten worden meegevoerd met de polijstpasta. Er vinden chemische reacties plaats op het nieuw blootgestelde wafeloppervlak, en de producten worden eraf gestript en heen en weer gefietst, waardoor een superfijn oppervlak ontstaat onder de gecombineerde werking van substraat, schurende deeltjes en chemische reactanten, zoals weergegeven in de afbeelding

Ontwikkeling van chemisch-mechanische polijstapparatuur

CMP-technologie werd voor het eerst voorgesteld door Monsanto in 1965, maar werd aanvankelijk alleen gebruikt om hoogwaardige glasoppervlakken te verkrijgen, zoals militaire telescopen. De eerste CMP-apparatuur die op siliciumwafels werd gebruikt, werd halverwege de jaren tachtig door IBM in de fabriek in East Fishkill ontwikkeld met behulp van Strasbaugh-poetsmiddelen. In 1988 begon IBM CMP-technologie te gebruiken bij de vervaardiging van 4M DRAM. In 1990 had IBM 4M DRAM met behulp van CMP-technologie verkocht aan Micron Technology, en was het een partnerschap aangegaan met Motorola om pc-componenten voor Apple te produceren. Nadat IBM CMP in 1991 met succes had toegepast op de productie van 64M DRAM, heeft de CMP-technologie zich snel over de hele wereld ontwikkeld, en sindsdien zijn verschillende logische circuits en geheugen op verschillende ontwikkelingsschalen naar CMP overgestapt. In 1994, met de massaproductie van 0,5 μm-apparaten en de ontwikkeling van het 0,35 μm-proces, kwam het CMP-proces geleidelijk op de productielijn terecht en werd aanvankelijk de apparatuurmarkt gevormd.

Marktanalyse van chemisch-mechanische polijstapparatuur en verbruiksartikelen

De CMP-markt is voornamelijk verdeeld in de apparatuurmarkt en de markt voor verbruiksartikelen, waarvan verbruiksartikelen bijna 68% uitmaken. Omdat apparatuur slechts 32% uitmaakt, zal deze sectie worden gecombineerd met apparatuur en verbruiksartikelen voor een uitgebreide analyse. CMP-apparatuur verwijst in het algemeen naar de wafelpolijstmachine. CMP-verbruiksartikelen omvatten voornamelijk polijstpasta, polijstpad, reinigingsmiddel, enz., Waaronder polijstmachine, polijstpasta en polijstpad de drie belangrijkste elementen van het CMP-proces en de prestaties ervan. en het matchen bepaalt in grote mate het vlakheidsniveau van het oppervlak dat de chip kan bereiken na CMP.

Marktanalyse van CMP-apparatuur

Hoewel het aandeel van de markt voor CMP-apparatuur veel kleiner is dan dat van verbruiksartikelen, is dit vanwege de hogere technische inhoud het meest kernelement van het CMP-proces. Volgens de gegevens van het China Economic Research Institute zal de wereldwijde marktomvang van CMP-apparatuur in 2020 1,767 miljard dollar bedragen, en 2,783 miljard dollar in 2021, met een groei op jaarbasis van 57,48%. De mondiale marktomvang zal in 2022 naar verwachting 3,076 miljard dollar bedragen. CMP-apparatuur wordt steeds belangrijker in de halfgeleiderindustrie, en het Amerikaanse Industry ARC-bedrijf voorspelt dat de marktomvang van CMP-apparatuur een samengesteld groeipercentage van 7,2% zal handhaven. van 2020 tot 2025 en in 2025 3,61 miljard dollar bereiken. Volgens de marktanalyse van de CMP-apparatuurindustrie uit 2020 door het Prospective Industry Research Institute is China naar de grootste markt gesprongen, goed voor in totaal 35% van de wereldmarkt, waarvan het vasteland de markt was goed voor 25%, en de Taiwanese markt was goed voor 10%; Zuid-Korea, de Verenigde Staten, Japan en Europa zijn respectievelijk goed voor 26%, 13%, 9% en 7% van de wereldmarkt. Volgens het onderzoeksinstituut lopen de Verenigde Staten en Japan voorop bij de productie van CMP-apparatuur, waarbij Applied Materials (AMAT) uit de Verenigde Staten en Ebara Machinery (Ebara) uit Japan respectievelijk 70% en 25% van de wereldmarkt voor hun rekening nemen. . Bovendien heeft Peter Wolters uit Duitsland ongeveer 3% van de wereldmarkt in handen; Vanuit binnenlands oogpunt wordt meer dan 82% van de markt op het vasteland bezet door buitenlandse ondernemingen, de voortgang van de lokalisatie van CMP-apparatuur is ernstig onvoldoende, alleen Tianjun Mechanisch en elektrisch, Tianjin Huahai Qingke beslaat 12% van de markt op het vasteland, 6%, in Bovendien beschikt China Electronics Technology Group Company 45 Institute (ook wel "CLP 45 Institute" genoemd) over onderzoek en ontwikkeling van CMP-apparatuur. De nieuwste ontwikkeling van Applied Materials, Ebara Machinery Manufacturing Company, en Pete Walters, de drie giganten van CMP-apparatuur, Applied Materials is de grootste leverancier van CMP-apparatuur. In 2003 beëindigde Applied Materials de productie van alle 8-inch apparatuur en concentreerde zich op 12-inch CMP-apparatuur. Zoals weergegeven in de afbeelding

De nieuwste generatie toegepaste materialen is ReflexionTM-LK300, onderdeel van de klassieke Mirra-familie, die in de productie bewezen, hoogwaardige 150 mm en 200 mm afvlakkingsoplossingen biedt voor silicium, ondiepe sleufisolatie (STI), oxide, polysilicium, metallisch wolfraam en koper inleg toepassingen. De platte draaitafels met hoge snelheid en de slijpkoppen met meerdere zones hebben een lage druk voor uitstekende uniformiteit en efficiëntie. De met MIRRA uitgeruste geïntegreerde CMP-nareiniger Mesa verwijdert effectief mest, voorkomt residuvorming en minimaliseert deeltjes en watervlekken. Voor kopermozaïektoepassingen is de CMP-apparatuur van Applied Materials uitgerust met 200 mm Desica-reinigings- en spoeltechnologie, waarbij gebruik wordt gemaakt van Marangoni-stoomdrogers voor snel en efficiënt drogen zonder watermerken. ReflexionTM-LK 300 biedt in-line metingen en geavanceerde procescontrolemogelijkheden met een complete eindpuntbenadering, waardoor uitstekende procescontrole en herhaalbaarheid in-wafer en inter-wafer wordt gegarandeerd voor alle afvlakkingstoepassingen.

Peter Walters is een bekende fabrikant van halfgeleiderapparatuur in Europa, richt zich op onderzoek en ontwikkeling van CMP-apparatuur en heeft een uniek ontwerp en inzicht op het gebied van CMP-siliciummaterialen. De door Pete Walters geproduceerde CMP-apparatuur omvat voornamelijk PM200-Apollo, PM200 GEMINI, PM300-Apollo, HFP200, HFP300, enz., Dit zijn roterende CMP-apparatuur, waaronder de nieuwste generatie PM300-Apollo-type 300 mm silicium CMP-verwerkingsapparatuur. De functie van droog in nat uit of droog in droog uit kan worden gerealiseerd volgens verschillende configuraties. Zoals weergegeven in figuur 9-4 is de HFP300 de nieuwste verwerkingsapparatuur voor siliciumwafels van 300 mm, ontwikkeld door Peter Wolters, die de productie-efficiëntie met 30% verbetert in vergelijking met de vorige generatie.

Binnenlandse CMP-fabrikanten zijn voornamelijk Tianjun Mechanical and Electrical, Huahai Qingke, CLP 45. Daarnaast lanceerde Sheng Mei Semiconductor in 2019 ook CMP-apparatuurproducten en werd daarmee een nieuwe kracht van binnenlandse CMP-apparatuur. Tianjun Electromechanical, volledige naam is Shanghai Tianjun Electromechanical Equipment Co., LTD., werd opgericht in 2005 en is een verzameling chemicaliën, toevoersystemen voor schurende vloeistoffen, onderzoek en ontwikkeling van natte reinigingsapparatuur, productie, verkoop en service als een van de gezamenlijke aandelenbedrijven. Voornamelijk bezig met chemische systeem CDS, schurende vloeibare systeem SDS, etsen nat proces WPS, precisie ultrasone reinigingsapparatuur onderzoek en ontwikkeling, productie, productie.

De voorganger van Huahai Qingke is het onderzoeksteam dat in 2000 werd opgericht onder leiding van academicus Luo Jianbin en professor Lu Xinchun. In 2012 leidde academicus Luo Jianbin het onderzoeksteam bij de succesvolle ontwikkeling van de eerste 12 inch dry in dry out CMP-apparatuur met onafhankelijke intellectuele eigendomsrechten in China. In maart 2013 investeerden Tsinghua Holdings en de gemeente Tianjin in Huahai Qingke. Bevorder het industrialisatieproces van de wetenschappelijke en technologische prestaties. In 2014 ontwikkelde Huahai Qingke het eerste commerciële CMP-model met droge input en droge output van 12 inch - Universal-300, zoals weergegeven in figuur 9-6. De machine kwam in 2015 de SMIC-fabriek in Beijing binnen, slaagde voor de SMIC-beoordeling en behaalde verkopen in 2016.

De CMP-apparatuur van Senmei wordt voornamelijk gebruikt in het 65 tot 45 nm koperverbindingsproces voor back-endpakketten. Senmei Semiconductor beheerst de wafer-stressvrije polijsttechnologie en prototypes die deze technologie gebruiken, zijn gekocht door Intel en LSI Logic. Op de "SEMICON China 2019" in Shanghai in maart 2019 heeft Shengmei Semiconductor opnieuw geavanceerde koperwerpapparatuur voor verpakkingen uitgebracht, en de onlangs gelanceerde koperwerpapparatuur voor verpakkingen is ontwikkeld voor het verpakkingsproces van kunstmatige intelligentie (AI). AI-chips met meer pinnen vereisen een nieuw driedimensionaal verpakkingsproces en verpakkingsapparatuur, en het polijstproces vereist duur polijstpoeder. Getoond wordt het nieuwste UltraSFP ap335-apparatuurdiagram van Semi Semiconductor. Voor 2,5D-verpakkingsprocesvereisten maakt de UltraSFP ap335 gebruik van een nat elektropolijstproces, waarbij spanningsvrij polijsten (SFP), chemisch mechanisch slijpen (CMP) en nat etsproces (nat etsen) worden geïntegreerd. Het vermindert niet alleen het verbruik van polijstpoeder met ongeveer 90%, maar herstelt ook het koper in de polijstvloeistof. Omdat de chemische vloeistof van het elektrolytisch polijsten herhaaldelijk kan worden gerecycled, kan dit meer dan 80% van de leveringskosten besparen.

CMP-marktanalyse voor verbruiksartikelen

Volgens gegevens van het Prospective Industry Research Institute zal de mondiale marktomvang voor polijstvloeistoffen en polijstpads in 2020 respectievelijk 2,01 miljard dollar en 1,32 miljard dollar bereiken. In 2019 was de marktdistributie van verschillende verbruiksartikelen in CMP goed voor een hoog aandeel van 48,1%, en het polijstkussen was goed voor 31,6% van het aandeel op de tweede plaats, wat de belangrijkste componenten zijn van de markt voor CMP-verbruiksartikelen.

1) Polijstvloeistof is een van de belangrijkste elementen van CMP en de prestaties ervan hebben rechtstreeks invloed op de kwaliteit van het gepolijste oppervlak. De samenstelling van polijstpasta bestaat hoofdzakelijk uit drie delen: corrosiemedium, filmvormer en hulpstof, nano-schuurdeeltjes. De polijstpasta moet voldoen aan de eisen van een hoge polijstsnelheid, goede polijstuniformiteit en gemakkelijke reiniging na het polijsten. De hardheid van schurende deeltjes mag niet te hoog zijn om ervoor te zorgen dat de mechanische schade aan het oppervlak van de film relatief licht is. In 2019 bedroeg de mondiale markt voor CMP-polijstvloeistoffen $2,01 miljard, en de markt werd voornamelijk gemonopoliseerd door bedrijven als Cabot Corporation en Versum in de Verenigde Staten en Fujimi in Japan. Cabot is 's werelds grootste leverancier van polijstvloeistoffen, met een omzet van $411 miljoen in 2019 en het hoogste marktaandeel, maar zijn dominantie neemt jaar na jaar af, waarbij het marktaandeel daalt van ongeveer 80% in 2000 naar ongeveer 35% in 2019. Versum is een gevestigde fabrikant van geavanceerde materialen en procesmaterialen in de Verenigde Staten, met ongeveer 20% van de wereldwijde polijstvloeistofactiviteiten in 2019. Fujimi is een Japans bedrijf dat zich richt op onderzoek en ontwikkeling van schuurmaterialen en de verkoop van CMP. polijstvloeistof bereikte in 2019 14,621 miljard yen, goed voor ongeveer 15% van het mondiale aandeel. De belangrijkste leverancier in China is Anji Microelectronics Technology (Shanghai) Co., LTD. (hierna "Anji Technology" genoemd), opgericht in 2004 in Pudong New District, Shanghai, en gespecialiseerd in een volledig assortiment CMP-polijstmaterialen en fotoresists, met een totale omzet van 208 miljoen yuan in 2019.

2) Polijstpad, ook bekend als CMP-slijppad, bestaat voornamelijk uit polyurethaanmateriaal dat vulmateriaal bevat, dat wordt gebruikt om de hardheid van het wollen pad te regelen. Het uitstekende deel van het oppervlak van het polijstkussen maakt direct contact met en wrijving met de wafel, en de polijstvloeistof wordt gelijkmatig op het oppervlak van het polijstkussen gesproeid om de polijstlaag te verwijderen, en uiteindelijk haalt de polijstvloeistof het reactieproduct uit de polijstvloeistof. polijstpad. De eigenschappen van het polijstkussen hebben rechtstreeks invloed op de oppervlaktekwaliteit van de wafel en zijn een van de directe factoren die verband houden met het afvlakkingseffect.

FOUNTYL TECHNOLOGIES PTE. LTD. is gevestigd in Singapore en richt zich al meer dan 10 jaar op onderzoek en ontwikkeling, productie en technische diensten van precisie-keramische onderdelen op het gebied van halfgeleiders. ons belangrijkste product zijn keramische boorkop, keramische eindeffector, keramische plunjer en keramische vierkante balk, inclusief R&D-afdeling, QC-afdeling, ontwerpafdeling en verkoopafdeling.