หลักการอุปกรณ์ขัดเครื่องจักรกลเคมี CMP และการแนะนำผู้ผลิตอุปกรณ์ในประเทศและต่างประเทศ

การขัดเงาด้วยเคมีเชิงกล (CMP) เป็นเทคนิคที่ใช้ในการทำให้พื้นผิวเวเฟอร์เรียบในกระบวนการผลิตชิป IC จากปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างของเหลวขัดเงากับพื้นผิวเวเฟอร์ ชั้นออกไซด์ที่ผ่านกระบวนการได้ง่ายจะเกิดขึ้น จากนั้นพื้นผิวออกไซด์จะถูกกำจัดออกโดยการกระทำทางกล พื้นผิวแผ่นเวเฟอร์เรียบสม่ำเสมอเกิดขึ้นหลังจากการกระทำทางเคมีและทางกลหลายครั้งสลับกัน อุปกรณ์ CMP คือชุดของกลศาสตร์ กลศาสตร์ของไหล เคมีวัสดุ การประมวลผลที่ดี ซอฟต์แวร์ควบคุม และสาขาอื่นๆ ของเทคโนโลยีที่ทันสมัยที่สุดในหนึ่งในอุปกรณ์กระบวนการวงจรรวม มีความซับซ้อนและยากต่อการพัฒนาหนึ่งในอุปกรณ์

หลักการของอุปกรณ์ขัดเงาด้วยเคมีกล

อุปกรณ์ CMP กดแผ่นเวเฟอร์เพื่อขัดลงบนแผ่นขัดแบบยืดหยุ่น เมื่อทำการขัด น้ำยาขัดเงาจะไหลอย่างต่อเนื่องระหว่างแผ่นเวเฟอร์และแผ่นขัด การดำเนินการย้อนกลับด้วยความเร็วสูงของแผ่นด้านบนและด้านล่างทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาบนพื้นผิวเวเฟอร์ถูกลอกออกอย่างต่อเนื่อง และเพิ่มสารขัดเงาใหม่ และผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาจะถูกพาออกไปด้วยสารขัดเงา ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นบนพื้นผิวเวเฟอร์ที่เพิ่งเปิดออก และผลิตภัณฑ์จะถูกลอกออกและวนกลับไปกลับมา กลายเป็นพื้นผิวที่ละเอียดมากภายใต้การกระทำร่วมกันของซับสเตรต อนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และสารตั้งต้นทางเคมี ดังแสดงในรูป

การพัฒนาอุปกรณ์ขัดเงาเครื่องจักรกลเคมี

เทคโนโลยี CMP ได้รับการเสนอครั้งแรกโดย Monsanto ในปี 1965 แต่เริ่มแรกใช้เพื่อให้ได้พื้นผิวกระจกคุณภาพสูงเท่านั้น เช่น กล้องโทรทรรศน์ทหาร อุปกรณ์ CMP รุ่นแรกสุดที่ใช้กับเวเฟอร์ซิลิคอนได้รับการพัฒนาโดย IBM ที่โรงงาน East Fishkill ในช่วงกลางทศวรรษ 1980 โดยใช้เครื่องขัดเงา Strasbaugh ในปี 1988 IBM เริ่มใช้เทคโนโลยี CMP ในการผลิต 4M DRAM ภายในปี 1990 IBM ขาย DRAM 4 ล้านตัวโดยใช้เทคโนโลยี CMP ให้กับ Micron Technology และร่วมมือกับ Motorola เพื่อผลิตส่วนประกอบพีซีสำหรับ Apple หลังจากที่ IBM ประสบความสำเร็จในการใช้ CMP กับการผลิต DRAM ขนาด 64M ในปี 1991 เทคโนโลยี CMP ก็มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วไปทั่วโลก และตั้งแต่นั้นมา วงจรลอจิกและหน่วยความจำต่างๆ ได้ย้ายไปยัง CMP ในระดับการพัฒนาที่แตกต่างกัน ภายในปี 1994 ด้วยการผลิตอุปกรณ์ขนาด 0.5μm เป็นจำนวนมาก และการพัฒนากระบวนการ 0.35μm กระบวนการ CMP จึงค่อยๆ เข้าสู่สายการผลิต และตลาดอุปกรณ์ได้ก่อตั้งขึ้นในช่วงแรก

การวิเคราะห์ตลาดอุปกรณ์ขัดเงาเครื่องจักรกลเคมีและวัสดุสิ้นเปลือง

ตลาด CMP แบ่งออกเป็นตลาดอุปกรณ์และตลาดวัสดุสิ้นเปลืองเป็นหลัก โดยตลาดวัสดุสิ้นเปลืองมีสัดส่วนเกือบ 68% โดยส่วนหลักอุปกรณ์มีเพียง 32% เท่านั้น ดังนั้นส่วนนี้จะรวมกับอุปกรณ์และวัสดุสิ้นเปลืองเพื่อการวิเคราะห์ที่ครอบคลุม โดยทั่วไปอุปกรณ์ CMP หมายถึงเครื่องขัดเวเฟอร์ วัสดุสิ้นเปลืองของ CMP ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเครื่องขัดเงา แผ่นขัดเงา สารทำความสะอาด ฯลฯ ซึ่งในนั้นเครื่องขัด เครื่องขัดเงา แผ่นขัดเป็นองค์ประกอบสำคัญสามประการของกระบวนการ CMP และประสิทธิภาพของมัน และการจับคู่ในระดับมากจะกำหนดระดับความเรียบของพื้นผิวที่ชิปสามารถทำได้หลังจาก CMP

การวิเคราะห์ตลาดอุปกรณ์ CMP

แม้ว่าสัดส่วนของตลาดอุปกรณ์ CMP จะต่ำกว่าสัดส่วนของวัสดุสิ้นเปลืองมาก แต่ก็เป็นองค์ประกอบหลักที่สุดของกระบวนการ CMP เนื่องจากมีเนื้อหาทางเทคนิคที่สูงกว่า จากข้อมูลของสถาบันวิจัยเศรษฐกิจจีน ขนาดตลาดอุปกรณ์ CMP ทั่วโลกในปี 2020 จะอยู่ที่ 1.767 พันล้านดอลลาร์ และ 2.783 พันล้านดอลลาร์ในปี 2564 โดยมีอัตราการเติบโต 57.48% เมื่อเทียบเป็นรายปี ขนาดของตลาดโลกคาดว่าจะอยู่ที่ 3.076 พันล้านดอลลาร์ในปี 2565 อุปกรณ์ CMP กำลังมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ และบริษัท ARC Industry ของสหรัฐอเมริกาคาดการณ์ว่าขนาดตลาดของอุปกรณ์ CMP จะรักษาอัตราการเติบโตแบบทบต้นที่ 7.2% ตั้งแต่ปี 2020 ถึง 2025 และมีมูลค่าถึง 3.61 พันล้านดอลลาร์ในปี 2025 จากการวิเคราะห์ตลาดอุตสาหกรรมอุปกรณ์ CMP ปี 2020 โดย Prospective Industry Research Institute จีนได้ก้าวขึ้นสู่ตลาดที่ใหญ่ที่สุด โดยคิดเป็น 35% ของตลาดโลก ซึ่งในจีนแผ่นดินใหญ่ ตลาดคิดเป็น 25% และตลาดไต้หวันคิดเป็น 10%; เกาหลีใต้ สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และยุโรปคิดเป็น 26%, 13%, 9% และ 7% ของตลาดโลกตามลำดับ จากข้อมูลของสถาบันวิจัย สหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นเป็นผู้นำในการผลิตอุปกรณ์ CMP โดย Applied Materials (AMAT) ของสหรัฐอเมริกาและ Ebara Machinery (Ebara) ของญี่ปุ่นคิดเป็น 70% และ 25% ของตลาดโลก ตามลำดับ . นอกจากนี้ Peter Wolters จากเยอรมนียังมีตลาดประมาณ 3% ทั่วโลก จากมุมมองในประเทศ มากกว่า 82% ของตลาดแผ่นดินใหญ่ถูกครอบครองโดยองค์กรต่างประเทศ ความคืบหน้าการแปลอุปกรณ์ CMP นั้นไม่เพียงพออย่างมาก มีเพียงเทียนจุนเครื่องกลและไฟฟ้าเท่านั้น Tianjin Huahai Qingke ครอบครอง 12% ของตลาดแผ่นดินใหญ่ 6% ใน นอกจากนี้ สถาบัน China Electronics Technology Group Company 45 (เรียกว่า "สถาบัน CLP 45") มีการวิจัยและพัฒนาอุปกรณ์ CMP การพัฒนาล่าสุดของ Applied Materials, บริษัท Ebara Machinery Manufacturing Company และ Pete Walters สามยักษ์ใหญ่ด้านอุปกรณ์ CMP นั้น Applied Materials คือซัพพลายเออร์อุปกรณ์ CMP รายใหญ่ที่สุด ในปี พ.ศ. 2546 Applied Materials ได้ยุติการผลิตอุปกรณ์ขนาด 8 นิ้วทั้งหมด และมุ่งเน้นไปที่อุปกรณ์ CMP ขนาด 12 นิ้ว ดังแสดงในรูป

วัสดุที่ใช้รุ่นล่าสุดคือ ReflexionTM-LK300 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของตระกูล Mirra แบบคลาสสิก ซึ่งนำเสนอโซลูชั่นการราบเรียบขนาด 150 มม. และ 200 มม. ที่ได้รับการพิสูจน์แล้วและมีประสิทธิภาพสูงสำหรับซิลิคอน การแยกร่องลึกตื้น (STI) ออกไซด์ โพลีซิลิคอน ทังสเตนโลหะ และทองแดง การฝังแอปพลิเคชัน แท่นหมุนแบบแบนความเร็วสูงและหัวเจียรแบบหลายโซนมีแรงดันต่ำเพื่อความสม่ำเสมอและประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยม Mesa เครื่องทำความสะอาดหลังการทำความสะอาด CMP แบบผสานรวมที่ติดตั้ง MIRRA ช่วยขจัดคราบเลนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ป้องกันการเกิดสารตกค้าง และลดอนุภาคและรอยน้ำให้เหลือน้อยที่สุด สำหรับการใช้งานโมเสกทองแดง อุปกรณ์ CMP ของวัสดุประยุกต์มีเทคโนโลยีการทำความสะอาดและการล้าง Desica ขนาด 200 มม. ซึ่งใช้เครื่องอบไอน้ำ Marangoni เพื่อการอบแห้งที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพโดยปราศจากลายน้ำ ReflexionTM-LK 300 มอบความสามารถในการวัดในสายการผลิตและความสามารถในการควบคุมกระบวนการขั้นสูงด้วยแนวทางจุดสิ้นสุดที่สมบูรณ์ ทำให้มั่นใจได้ถึงการควบคุมกระบวนการในเวเฟอร์และระหว่างเวเฟอร์ที่ยอดเยี่ยม และความสามารถในการทำซ้ำสำหรับการใช้งานที่ราบเรียบทั้งหมด

Peter Walters เป็นผู้ผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีชื่อเสียงในยุโรป โดยมุ่งเน้นการวิจัยและพัฒนาอุปกรณ์ CMP และมีการออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์และความเข้าใจในด้านวัสดุซิลิกอน CMP อุปกรณ์ CMP ที่ผลิตโดย Pete Walters ส่วนใหญ่ประกอบด้วย PM200-Apollo, PM200 GEMINI, PM300-Apollo, HFP200, HFP300 ฯลฯ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ CMP แบบหมุน โดยในประเภท PM300-Apollo รุ่นล่าสุดนั้นเป็นอุปกรณ์ประมวลผล CMP ซิลิคอนขนาด 300 มม. ฟังก์ชั่นการทำให้แห้งในเปียกหรือการทำให้แห้งในการทำให้แห้งสามารถรับรู้ได้ตามการกำหนดค่าที่แตกต่างกัน ดังแสดงในรูปที่ 9-4 HFP300 เป็นอุปกรณ์ประมวลผลเวเฟอร์ซิลิคอนขนาด 300 มม. ล่าสุดที่พัฒนาโดย Peter Wolters ซึ่งปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตขึ้น 30% เมื่อเทียบกับรุ่นก่อนหน้า

ผู้ผลิต CMP ในประเทศส่วนใหญ่เป็นเครื่องกลและไฟฟ้าของ Tianjun, Huahai Qingke, CLP 45 นอกจากนี้ Sheng Mei Semiconductor ยังเปิดตัวผลิตภัณฑ์อุปกรณ์ CMP ในปี 2019 ซึ่งกลายเป็นพลังใหม่ของอุปกรณ์ CMP ในประเทศ Tianjun ระบบเครื่องกลไฟฟ้า ชื่อเต็มคือ Shanghai Tianjun Electromechanical Equipment Co., LTD. ก่อตั้งขึ้นในปี 2548 เป็นกลุ่มสารเคมี ระบบจ่ายของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน การวิจัยและพัฒนาอุปกรณ์ทำความสะอาดเปียก การผลิต การขาย และการบริการ เป็นหนึ่งในการร่วมมือ วิสาหกิจสต็อก ดำเนินธุรกิจหลักในระบบเคมี CDS, ระบบของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน SDS, การแกะสลัก WPS กระบวนการเปียก, การวิจัยและพัฒนาอุปกรณ์ทำความสะอาดอัลตราโซนิกที่มีความแม่นยำ, การผลิต, การผลิต

บรรพบุรุษของ Huahai Qingke คือทีมวิจัยที่ก่อตั้งขึ้นเมื่อปี 2543 ภายใต้การนำของนักวิชาการ Luo Jianbin และศาสตราจารย์ Lu Xinchun ในปี 2012 นักวิชาการ Luo Jianbin นำทีมวิจัยประสบความสำเร็จในการพัฒนาอุปกรณ์ CMP แบบแห้งในขนาด 12 นิ้วเครื่องแรกที่มีสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญาอิสระในประเทศจีน ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2556 Tsinghua Holdings และ Tianjin Municipality ได้ลงทุนใน Huahai Qingke ส่งเสริมกระบวนการอุตสาหกรรมที่ประสบความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ในปี 2014 Huahai Qingke ได้พัฒนาโมเดลเชิงพาณิชย์ CMP อินพุตแบบแห้งและเอาต์พุตแบบแห้งขนาด 12 นิ้วตัวแรก -Universal-300 ดังแสดงในรูปที่ 9-6 เครื่องจักรดังกล่าวเข้าสู่โรงงาน SMIC ปักกิ่งในปี 2558 ผ่านการประเมิน SMIC และมียอดขายในปี 2559

อุปกรณ์ CMP ของ Senmei ใช้เป็นหลักในกระบวนการเชื่อมต่อทองแดง 65 ถึง 45 นาโนเมตรสำหรับแพ็คเกจแบ็คเอนด์ Senmei Semiconductor เชี่ยวชาญเทคโนโลยีการขัดเงาแบบเวเฟอร์โดยปราศจากความเครียด และต้นแบบที่ใช้เทคโนโลยีนี้ได้ถูกซื้อโดย Intel และ LSI Logic ที่งาน "SEMICON China 2019" ที่เซี่ยงไฮ้เมื่อเดือนมีนาคม 2019 ทาง Shengmei Semiconductor ได้เปิดตัวอุปกรณ์ขว้างทองแดงสำหรับบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงอีกครั้ง และอุปกรณ์ขว้างทองแดงสำหรับบรรจุภัณฑ์ที่เพิ่งเปิดตัวใหม่นี้ได้รับการพัฒนาสำหรับกระบวนการบรรจุชิปปัญญาประดิษฐ์ (AI) ชิป AI ที่มีพินมากขึ้นต้องใช้กระบวนการบรรจุภัณฑ์และอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์สามมิติแบบใหม่ และกระบวนการขัดเงาต้องใช้ผงขัดที่มีต้นทุนสูง แสดงให้เห็นแผนภาพอุปกรณ์ UltraSFP ap335 ล่าสุดจาก Semiconductor สำหรับข้อกำหนดกระบวนการบรรจุภัณฑ์ 2.5D นั้น UltraSFP ap335 ใช้กระบวนการขัดเงาด้วยไฟฟ้าแบบเปียก ซึ่งผสานการขัดแบบปราศจากความเครียด (SFP) การเจียรด้วยกลไกทางเคมี (CMP) และกระบวนการกัดแบบเปียก (การกัดแบบเปียก) ไม่เพียงลดการใช้ผงขัดเงาลงประมาณ 90% แต่ยังช่วยคืนทองแดงในน้ำยาขัดเงาอีกด้วย เนื่องจากสารเคมีเหลวของการขัดเงาด้วยไฟฟ้าสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หลายครั้ง จึงช่วยประหยัดต้นทุนวัสดุได้มากกว่า 80%

การวิเคราะห์ตลาดวัสดุสิ้นเปลืองของ CMP

จากข้อมูลของสถาบันวิจัยอุตสาหกรรมในอนาคต ขนาดตลาดน้ำยาขัดเงาและแผ่นขัดเงาทั่วโลกในปี 2020 จะมีมูลค่าสูงถึง 2.01 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ และ 1.32 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ ตามลำดับ ในปี 2019 การกระจายตลาดของวัสดุสิ้นเปลืองต่างๆ ใน ​​CMP มีส่วนแบ่งสูงถึง 48.1% และแผ่นขัดเงาคิดเป็น 31.6% ของส่วนแบ่งอันดับที่สอง ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของตลาดวัสดุสิ้นเปลืองของ CMP

1) น้ำยาขัดเงาเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญของ CMP และประสิทธิภาพของน้ำยาขัดเงาส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของพื้นผิวขัดเงา องค์ประกอบของสารขัดเงาส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามส่วน: สารกัดกร่อน สารสร้างฟิล์มและสารเสริม อนุภาคนาโนที่มีฤทธิ์กัดกร่อน วางขัดควรตอบสนองความต้องการของความเร็วในการขัดที่รวดเร็ว ความสม่ำเสมอในการขัดที่ดี และทำความสะอาดง่ายหลังการขัด ความแข็งของอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนไม่ควรสูงเกินไปเพื่อให้แน่ใจว่าความเสียหายทางกลต่อพื้นผิวของฟิล์มนั้นค่อนข้างเบา ในปี 2019 ตลาดน้ำยาขัดเงา CMP ทั่วโลกมีมูลค่า 2.01 พันล้านดอลลาร์ และตลาดส่วนใหญ่ถูกผูกขาดโดยบริษัทต่างๆ เช่น Cabot Corporation และ Versum ในสหรัฐอเมริกา และ Fujimi ในญี่ปุ่น Cabot คือซัพพลายเออร์ชั้นนำของโลกในด้านผลิตภัณฑ์ขัดเงา โดยมีรายได้จากการขาย 411 ล้านดอลลาร์ในปี 2562 และมีส่วนแบ่งการตลาดสูงที่สุด แต่การครอบงำของบริษัทก็ลดลงทุกปี โดยส่วนแบ่งการตลาดลดลงจากประมาณ 80% ในปี 2543 เหลือประมาณ 35% ในปี 2562 Versum เป็นผู้ผลิตวัสดุขั้นสูงและวัสดุในกระบวนการที่จัดตั้งขึ้นในสหรัฐอเมริกา โดยมีประมาณ 20% ของธุรกิจน้ำยาขัดเงาทั่วโลกในปี 2019 Fujimi เป็นบริษัทญี่ปุ่นที่มุ่งเน้นการวิจัยและพัฒนาวัสดุขัดถู และการขาย CMP น้ำยาขัดเงามีมูลค่าถึง 14.621 พันล้านเยนในปี 2562 คิดเป็นประมาณ 15% ของส่วนแบ่งทั่วโลก ซัพพลายเออร์หลักในประเทศจีนคือ Anji Microelectronics Technology (Shanghai) Co., LTD. (ต่อไปนี้จะเรียกว่า "Anji Technology") ซึ่งก่อตั้งขึ้นในเขตผู่ตงใหม่ เซี่ยงไฮ้ในปี 2547 และเชี่ยวชาญด้านวัสดุขัดเงา CMP และโฟโตรีซิสต์อย่างเต็มรูปแบบ โดยมีรายได้รวม 208 ​​ล้านหยวนในปี 2562

2) แผ่นขัดหรือที่เรียกว่าแผ่นเจียร CMP ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุโพลียูรีเทนที่มีวัสดุอุด ใช้ในการควบคุมความแข็งของแผ่นขนสัตว์ ส่วนที่ยื่นออกมาของพื้นผิวของแผ่นขัดเงาสัมผัสโดยตรงและเสียดสีกับแผ่นเวเฟอร์ และน้ำยาขัดเงาจะถูกพ่นอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวของแผ่นขัดเงาเพื่อขจัดชั้นขัดออก และในที่สุดน้ำยาขัดเงาจะนำผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาออกจาก แผ่นขัด คุณสมบัติของแผ่นขัดเงาส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ และเป็นหนึ่งในปัจจัยโดยตรงที่เกี่ยวข้องกับผลการเรียบ。

FOUNTYL TECHNOLOGIES PTE. บจก. ตั้งอยู่ในสิงคโปร์ เรามุ่งเน้นการวิจัยและพัฒนา การผลิต และบริการด้านเทคนิคของชิ้นส่วนเซรามิกที่มีความแม่นยำในสาขาเซมิคอนดักเตอร์มานานกว่า 10 ปี ผลิตภัณฑ์หลักของเราคือ หัวจับเซรามิก เอฟเฟกต์ปลายเซรามิก ลูกสูบเซรามิก และคานสี่เหลี่ยมเซรามิก รวมถึงแผนก R&D แผนก QC แผนกออกแบบ และแผนกขาย