Принцип оборудования для химико-механической полировки CMP и внедрение отечественных и зарубежных производителей оборудования.

Химико-механическая полировка (ХМП) — это метод, используемый для сглаживания поверхности пластины в процессе производства микросхем. В результате химической реакции полирующей жидкости с поверхностью пластины образуется легко обрабатываемый оксидный слой, который затем механическим воздействием удаляется. Однородная плоская поверхность пластины формируется после нескольких попеременных химических и механических воздействий. Оборудование CMP представляет собой совокупность механики, механики жидкости, химии материалов, точной обработки, программного обеспечения управления и других областей самых передовых технологий в одном из интегральных схем технологического оборудования, которое является более сложным и трудным для разработки одного из оборудования.

Принцип химико-механического полировального оборудования

Устройство CMP прижимает полируемую пластину к эластичной полировальной подушечке. Во время полировки полировальная паста непрерывно течет между пластиной и полировальной подушечкой. Высокоскоростная обратная работа верхней и нижней пластин приводит к непрерывному отслаиванию продуктов реакции с поверхности пластины и добавлению новой полировальной пасты, а продукты реакции уносятся вместе с полирующей пастой. На вновь обнаженной поверхности пластины происходят химические реакции, продукты сдираются и перемещаются вперед и назад, образуя сверхтонкую поверхность под совместным действием подложки, абразивных частиц и химических реагентов, как показано на рисунке.

Разработка оборудования для химико-механической полировки

Технология CMP была впервые предложена компанией Monsanto в 1965 году, но первоначально использовалась только для получения высококачественных стеклянных поверхностей, например, в военных телескопах. Самое раннее оборудование CMP, используемое на кремниевых пластинах, было разработано IBM на заводе в Ист-Фишкилле в середине 1980-х годов с использованием полиролей Strasbaugh. В 1988 году IBM начала использовать технологию CMP при производстве 4M DRAM. К 1990 году IBM продала 4M DRAM с использованием технологии CMP компании Micron Technology и стала партнером Motorola для производства компонентов ПК для Apple. После того, как IBM успешно применила CMP для производства 64-мегабайтной памяти DRAM в 1991 году, технология CMP быстро развивалась по всему миру, и с тех пор различные логические схемы и память перешли на CMP на разных уровнях разработки. К 1994 году, с массовым производством устройств 0,5 мкм и разработкой процесса 0,35 мкм, процесс CMP постепенно вошел в производственную линию, и рынок оборудования изначально сформировался.

Анализ рынка химико-механического полировального оборудования и расходных материалов

Рынок CMP в основном разделен на рынок оборудования и рынок расходных материалов, из которых на расходные материалы приходится около 68%, а основная часть оборудования составляет всего 32%, поэтому для комплексного анализа этот раздел будет объединен с оборудованием и расходными материалами. К оборудованию CMP обычно относится машина для полировки пластин. Расходные материалы CMP в основном включают полировальную пасту, полировальную подушку, чистящее средство и т. д., среди которых полировальная машина, полировальная паста и полировальная подушка являются тремя ключевыми элементами процесса CMP и ее производительностью. и соответствие во многом определяет уровень плоскостности поверхности, которого может достичь чип после CMP.

Анализ рынка оборудования CMP

Хотя доля рынка оборудования CMP намного ниже, чем доля рынка расходных материалов, оно является наиболее ключевым элементом процесса CMP из-за его более высокого технического содержания. По данным Китайского института экономических исследований, объем мирового рынка оборудования CMP в 2020 году составит $1,767 млрд, в 2021 году — $2,783 млрд, при этом годовой рост составит 57,48%. Ожидается, что в 2022 году объем мирового рынка составит 3,076 миллиарда долларов США. Оборудование CMP становится все более важным в полупроводниковой промышленности, и американская компания Industry ARC прогнозирует, что объем рынка оборудования CMP будет поддерживать совокупный темп роста на уровне 7,2%. с 2020 по 2025 год и достигнет 3,61 миллиарда долларов в 2025 году. Согласно анализу рынка оборудования CMP за 2020 год, проведенному Институтом перспективных отраслевых исследований, Китай вышел на крупнейший рынок, на долю которого приходится в общей сложности 35% мирового рынка, из которых материк рынок составлял 25%, а рынок Тайваня - 10%; На долю Южной Кореи, США, Японии и Европы приходится 26%, 13%, 9% и 7% мирового рынка соответственно. По данным исследовательского института, США и Япония лидируют в производстве оборудования CMP: на долю Applied Materials (AMAT) США и Ebara Machinery (Ebara) Японии приходится 70% и 25% мирового рынка соответственно. . Кроме того, Питеру Вольтерсу из Германии принадлежит около 3% мирового рынка; С внутренней точки зрения, более 82% материкового рынка занято иностранными предприятиями, прогресс в локализации оборудования CMP серьезно недостаточен, только Тяньцзюнь Механический и электрический, Тяньцзинь Хуахай Цинке занимают 12% материкового рынка, 6%, в Кроме того, Институт China Electronics Technology Group Company 45 (именуемый «Институт CLP 45») занимается исследованиями и разработками оборудования CMP. Последняя разработка Applied Materials, Ebara Machinery Manufacturing Company и Пита Уолтерса, трех гигантов оборудования CMP. Applied Materials является крупнейшим поставщиком оборудования CMP. В 2003 году компания Applied Materials прекратила производство всего 8-дюймового оборудования и сосредоточилась на 12-дюймовом оборудовании CMP. Как показано на рисунке

Последнее поколение применяемых материалов — ReflexionTM-LK300, входящий в классическое семейство Mirra, которое обеспечивает проверенные на практике высокопроизводительные решения для выравнивания 150 мм и 200 мм кремния, изоляции неглубоких траншей (STI), оксида, поликремния, металлического вольфрама и меди. вставка приложений. Его высокоскоростные плоские поворотные круги и многозонные шлифовальные головки имеют низкое давление, что обеспечивает превосходную однородность и эффективность. Встроенный очиститель CMP Mesa, оснащенный MIRRA, эффективно удаляет шлам, предотвращает образование остатков и сводит к минимуму частицы и водяные знаки. Для изготовления медной мозаики оборудование CMP компании Applied Materials оснащено 200-миллиметровой технологией очистки и промывки Desica, в которой используются паровые сушилки Marangoni для быстрой и эффективной сушки без водяных знаков. ReflexionTM-LK 300 обеспечивает поточные измерения и расширенные возможности управления процессом с полным подходом к конечной точке, обеспечивая превосходный контроль процесса внутри и между пластинами, а также повторяемость для всех задач правки.

Питер Уолтерс — известный производитель полупроводникового оборудования в Европе, занимается исследованиями и разработками оборудования CMP и обладает уникальными разработками и знаниями в области кремниевых материалов CMP. Оборудование CMP, производимое Питом Уолтерсом, в основном включает в себя PM200-Apollo, PM200 GEMINI, PM300-Apollo, HFP200, HFP300 и т. д., которые представляют собой роторное оборудование CMP, среди которых последнее поколение типа PM300-Apollo представляет собой 300-мм кремниевое оборудование CMP. Функция «сушка-в-мокром» или «сушка-в-сушке» может быть реализована в соответствии с различными конфигурациями. Как показано на рисунке 9-4, HFP300 — это новейшее оборудование для обработки кремниевых пластин диаметром 300 мм, разработанное Питером Уолтерсом, которое повышает эффективность производства на 30% по сравнению с предыдущим поколением.

Отечественными производителями CMP в основном являются Tianjun Mechanical and Electrical, Huahai Qingke, CLP 45, кроме того, Sheng Mei Semiconductor также выпустила продукцию оборудования CMP в 2019 году, став новой силой отечественного оборудования CMP. Компания Tianjun Electromechanical, полное название — Shanghai Tianjun Electromechanical Equipment Co., LTD., была основана в 2005 году и представляет собой совокупность химикатов, систем подачи абразивной жидкости, исследований и разработок оборудования для влажной уборки, производства, продаж и обслуживания в качестве одного из совместных предприятий. акционерные предприятия. В основном занимается химической системой CDS, абразивной жидкостной системой SDS, мокрым процессом травления WPS, исследованиями и разработками, производством и производством прецизионного оборудования для ультразвуковой очистки.

Предшественником Хуахая Цинке является исследовательская группа, созданная в 2000 году под руководством академика Ло Цзяньбиня и профессора Лу Синьчуня. В 2012 году академик Луо Цзяньбинь возглавил исследовательскую группу, которая успешно разработала первое 12-дюймовое сухое оборудование CMP с независимыми правами интеллектуальной собственности в Китае. В марте 2013 года Tsinghua Holdings и муниципалитет Тяньцзиня инвестировали в Huahai Qingke. Содействие процессу индустриализации научно-технических достижений. В 2014 году компания Huahai Qingke разработала первую коммерческую модель CMP диаметром 12 дюймов с сухим входом и сухим выходом — Universal-300, как показано на Рисунке 9-6. Машина поступила на завод SMIC в Пекине в 2015 году, прошла оценку SMIC и достигла продаж в 2016 году.

Оборудование Senmei CMP в основном используется в процессе медных межсоединений от 65 до 45 нм для серверных пакетов. Компания Senmei Semiconductor освоила технологию полировки пластин без напряжений, а прототипы, использующие эту технологию, были приобретены Intel и LSI Logic. На выставке «SEMICON China 2019» в Шанхае в марте 2019 года компания Shengmei Semiconductor в очередной раз представила современное оборудование для метания медной упаковки, а недавно выпущенное оборудование для метания медной упаковки разработано для процесса упаковки микросхем с искусственным интеллектом (ИИ). Чипы AI с большим количеством контактов требуют нового процесса трехмерной упаковки и упаковочного оборудования, а для процесса полировки требуется дорогостоящий полировальный порошок. Показана новейшая схема оборудования UltraSFP ap335 от Semi Semiconductor. Для требований процесса упаковки 2.5D UltraSFP ap335 использует процесс мокрой электрополировки, объединяющий полировку без напряжений (SFP), химико-механическое шлифование (CMP) и процесс мокрого травления (мокрое травление). Это не только снижает расход полировального порошка примерно на 90%, но и восстанавливает медь в полировальной жидкости. Поскольку химическую жидкость электрополировки можно многократно перерабатывать, это позволяет сэкономить более 80% стоимости расходных материалов.

Анализ рынка расходных материалов CMP

По данным Института перспективных отраслевых исследований, объем мирового рынка полировальных жидкостей и полировальных подушечек в 2020 году достигнет 2,01 миллиарда долларов США и 1,32 миллиарда долларов США соответственно. В 2019 году рыночное распределение различных расходных материалов на CMP составило высокую долю - 48,1%, а доля полировальных подушек - 31,6%, занявшая второе место, которые являются основными компонентами рынка расходных материалов CMP.

1) Полировальная жидкость является одним из ключевых элементов CMP, и ее характеристики напрямую влияют на качество полируемой поверхности. Состав полировальной пасты в основном состоит из трех частей: коррозионная среда, пленкообразователь и вспомогательный агент, наноабразивные частицы. Полировальная паста должна отвечать требованиям высокой скорости полировки, хорошей однородности полировки и легкой очистки после полировки. Твердость абразивных частиц не должна быть слишком высокой, чтобы механические повреждения поверхности пленки были относительно легкими. В 2019 году мировой рынок полировальных жидкостей CMP составил 2,01 миллиарда долларов, и рынок был в основном монополизирован такими компаниями, как Cabot Corporation и Versum в США и Fujimi в Японии. Cabot — ведущий мировой поставщик полировальных жидкостей с доходом от продаж в 411 миллионов долларов в 2019 году и самой высокой долей рынка, но его доминирование снижается год от года: его доля на рынке упала с примерно 80% в 2000 году до примерно 35% в 2019 году. Versum — признанный производитель современных материалов и технологических материалов в США, на долю которого в 2019 году приходилось около 20% мирового бизнеса полирующих жидкостей. Fujimi — японская компания, занимающаяся исследованиями и разработками абразивных материалов, а также продажей CMP. В 2019 году стоимость полировальной жидкости достигла 14,621 миллиарда иен, что составляет около 15% мировой доли. Основным поставщиком в Китае является компания Anji Microelectronics Technology (Shanghai) Co., LTD. (именуемая в дальнейшем «Anji Technology»), которая была основана в новом районе Пудун в Шанхае в 2004 году и специализируется на полном спектре полировальных материалов и фоторезистов CMP, с общим доходом 208 миллионов юаней в 2019 году.

2) Полировальная подушечка, также известная как шлифовальная подушечка CMP, в основном состоит из полиуретанового материала, содержащего наполнитель, используемый для контроля твердости шерстяной подушечки. Выступающая часть поверхности полировальной подушечки непосредственно контактирует с пластиной и трется о нее, а полирующая жидкость равномерно распыляется на поверхность полировальной подушечки, чтобы удалить полирующий слой, и, наконец, полирующая жидкость выводит продукт реакции из полировальная подушечка. Свойства полировальной подушечки напрямую влияют на качество поверхности пластины и являются одним из прямых факторов, связанных с эффектом сплющивания.

ФОУНТИЛ ТЕХНОЛОДЖИЗ ПТЕ. ООО. расположена в Сингапуре, мы более 10 лет занимаемся исследованиями, разработками, производством и техническим обслуживанием прецизионных керамических деталей в области полупроводников. Нашей основной продукцией являются керамический патрон, керамический концевой эффектор, керамический плунжер и керамическая квадратная балка, включая отдел исследований и разработок, отдел контроля качества, отдел проектирования и отдел продаж.