Nguyên lý thiết bị đánh bóng cơ khí hóa học CMP và sự giới thiệu của các nhà sản xuất thiết bị trong và ngoài nước

Đánh bóng cơ học hóa học (CMP) là một kỹ thuật được sử dụng để làm mịn bề mặt wafer trong quá trình sản xuất chip IC. Bằng phản ứng hóa học giữa chất lỏng đánh bóng và bề mặt wafer, một lớp oxit dễ xử lý được hình thành, sau đó bề mặt oxit được loại bỏ bằng tác động cơ học. Một bề mặt wafer phẳng đồng nhất được hình thành sau một số tác động hóa học và cơ học xen kẽ. Thiết bị CMP là tập hợp các cơ khí, cơ học chất lỏng, hóa học vật liệu, xử lý tinh, phần mềm điều khiển và các lĩnh vực công nghệ tiên tiến nhất khác trong một trong những thiết bị xử lý mạch tích hợp phức tạp hơn và khó phát triển một trong các thiết bị.

Nguyên lý thiết bị đánh bóng cơ học hóa học

Thiết bị CMP ép tấm wafer cần đánh bóng lên tấm đánh bóng đàn hồi. Khi đánh bóng, chất đánh bóng sẽ chảy liên tục giữa tấm wafer và miếng đánh bóng. Hoạt động đảo ngược tốc độ cao của các tấm trên và dưới khiến các sản phẩm phản ứng trên bề mặt wafer liên tục bị bong ra, và miếng dán đánh bóng mới được thêm vào, và các sản phẩm phản ứng được mang đi cùng với miếng dán đánh bóng. Phản ứng hóa học xảy ra trên bề mặt wafer mới tiếp xúc, và các sản phẩm được tách ra và quay vòng qua lại, tạo thành bề mặt siêu mịn dưới tác động kết hợp của chất nền, hạt mài mòn và chất phản ứng hóa học, như trong hình

Phát triển thiết bị đánh bóng cơ khí hóa học

Công nghệ CMP lần đầu tiên được Monsanto đề xuất vào năm 1965, nhưng ban đầu chỉ được sử dụng để thu được các bề mặt kính chất lượng cao, chẳng hạn như kính thiên văn quân sự. Thiết bị CMP đầu tiên được sử dụng trên các tấm silicon được IBM phát triển tại nhà máy East Fishkill vào giữa những năm 1980 bằng cách sử dụng chất đánh bóng Strasbaugh. Năm 1988, IBM bắt đầu sử dụng công nghệ CMP trong sản xuất DRAM 4M. Đến năm 1990, IBM đã bán 4M DRAM sử dụng Công nghệ CMP cho Micron Technology và hợp tác với Motorola để sản xuất linh kiện PC cho Apple. Sau khi IBM áp dụng thành công CMP vào việc sản xuất 64M DRAM vào năm 1991, công nghệ CMP đã phát triển nhanh chóng trên toàn thế giới và kể từ đó, nhiều mạch logic và bộ nhớ khác nhau đã chuyển sang CMP ở các quy mô phát triển khác nhau. Đến năm 1994, với việc sản xuất hàng loạt các thiết bị 0,5μm và phát triển quy trình 0,35μm, quy trình CMP dần dần được đưa vào dây chuyền sản xuất và thị trường thiết bị bước đầu được hình thành.

Phân tích thị trường thiết bị đánh bóng cơ khí hóa học và vật tư tiêu hao

Thị trường CMP chủ yếu được chia thành thị trường thiết bị và thị trường vật tư tiêu hao, trong đó vật tư tiêu hao chiếm gần 68%, trong đó phần lớn thiết bị chỉ chiếm 32% nên phần này sẽ kết hợp với thiết bị và vật tư tiêu hao để phân tích toàn diện. Thiết bị CMP thường dùng để chỉ máy đánh bóng wafer, vật tư tiêu hao CMP chủ yếu bao gồm bột đánh bóng, miếng đánh bóng, chất tẩy rửa, v.v., trong đó, máy đánh bóng, miếng dán đánh bóng, miếng đánh bóng là ba yếu tố chính của quy trình CMP và hiệu suất của nó và sự khớp ở mức độ lớn sẽ quyết định mức độ phẳng bề mặt mà chip có thể đạt được sau CMP.

Phân tích thị trường thiết bị CMP

Mặc dù tỷ trọng của thị trường thiết bị CMP thấp hơn nhiều so với thị trường hàng tiêu dùng nhưng nó là yếu tố cốt lõi nhất của quy trình CMP do hàm lượng kỹ thuật cao hơn. Theo dữ liệu của Viện nghiên cứu kinh tế Trung Quốc, quy mô thị trường thiết bị CMP toàn cầu vào năm 2020 sẽ là 1,767 tỷ USD và 2,783 tỷ USD vào năm 2021, với mức tăng trưởng hàng năm là 57,48%. Quy mô thị trường toàn cầu dự kiến ​​​​là 3,076 tỷ USD vào năm 2022. Thiết bị CMP ngày càng trở nên quan trọng trong ngành bán dẫn và công ty Industry ARC của Hoa Kỳ dự đoán rằng quy mô thị trường của thiết bị CMP sẽ duy trì tốc độ tăng trưởng kép là 7,2%. từ năm 2020 đến năm 2025 và đạt 3,61 tỷ USD vào năm 2025. Theo phân tích thị trường ngành thiết bị CMP năm 2020 của Viện Nghiên cứu Công nghiệp Triển vọng, Trung Quốc đã nhảy lên thị trường lớn nhất, chiếm tổng cộng 35% thị trường toàn cầu, trong đó đại lục thị trường chiếm 25%, thị trường Đài Loan chiếm 10%; Hàn Quốc, Hoa Kỳ, Nhật Bản và Châu Âu lần lượt chiếm 26%, 13%, 9% và 7% thị trường toàn cầu. Theo Viện nghiên cứu, Hoa Kỳ và Nhật Bản dẫn đầu về sản xuất thiết bị CMP, với Vật liệu ứng dụng (AMAT) của Hoa Kỳ và Ebara Machinery (Ebara) của Nhật Bản lần lượt chiếm 70% và 25% thị trường toàn cầu. . Ngoài ra, Peter Wolters của Đức chiếm khoảng 3% thị trường toàn cầu; Theo quan điểm trong nước, hơn 82% thị trường đại lục bị chiếm giữ bởi các doanh nghiệp nước ngoài, tiến độ nội địa hóa thiết bị CMP còn thiếu nghiêm trọng, chỉ có Cơ điện Thiên Quân, Thiên Tân Huahai Qingke chiếm 12% thị trường đại lục, 6%, trong Ngoài ra, Viện Công nghệ Điện tử Trung Quốc 45 (gọi tắt là "Viện CLP 45") có nghiên cứu và phát triển thiết bị CMP. Sự phát triển mới nhất của Vật liệu Ứng dụng, Công ty Sản xuất Máy móc Ebara và Pete Walters, ba gã khổng lồ về thiết bị CMP, Vật liệu Ứng dụng là nhà cung cấp thiết bị CMP lớn nhất. Năm 2003, Vật liệu Ứng dụng đã ngừng sản xuất tất cả các thiết bị 8 inch và tập trung vào thiết bị CMP 12 inch. Như thể hiện trong hình

Thế hệ vật liệu ứng dụng mới nhất là ReflexionTM-LK300, một phần của dòng Mirra cổ điển, cung cấp các giải pháp làm phẳng 150mm và 200mm hiệu suất cao đã được chứng minh trong sản xuất cho silicon, cách ly rãnh nông (STI), oxit, polysilicon, vonfram kim loại và đồng chèn các ứng dụng. Bàn xoay phẳng tốc độ cao và đầu mài đa vùng có áp suất thấp mang lại tính đồng nhất và hiệu quả tuyệt vời. Máy làm sạch sau CMP tích hợp được trang bị MIRRA Mesa loại bỏ bùn một cách hiệu quả, ngăn ngừa sự hình thành cặn và giảm thiểu các hạt và vết nước. Đối với các ứng dụng Khảm đồng, thiết bị CMP của Vật liệu Ứng dụng được trang bị công nghệ rửa và làm sạch Desica 200mm, sử dụng máy sấy hơi nước Marangoni để sấy khô không có hình mờ nhanh chóng và hiệu quả. ReflexionTM-LK 300 cung cấp khả năng đo lường nội tuyến và kiểm soát quy trình nâng cao với cách tiếp cận điểm cuối hoàn chỉnh, đảm bảo khả năng lặp lại và kiểm soát quy trình trong wafer và giữa các wafer tuyệt vời cho tất cả các ứng dụng làm phẳng.

Peter Walters là nhà sản xuất thiết bị bán dẫn nổi tiếng ở Châu Âu, luôn tập trung vào nghiên cứu và phát triển thiết bị CMP, đồng thời có thiết kế và hiểu biết độc đáo về lĩnh vực vật liệu silicon CMP. Thiết bị CMP do Pete Walters sản xuất chủ yếu bao gồm PM200-Apollo, PM200 GEMINI, PM300-Apollo, HFP200, HFP300, v.v., là thiết bị CMP quay, trong đó loại PM300-Apollo thế hệ mới nhất là thiết bị xử lý CMP silicon 300mm. Chức năng khô trong ướt hoặc khô trong khô có thể được thực hiện theo các cấu hình khác nhau. Như được hiển thị trong Hình 9-4, HFP300 là thiết bị xử lý wafer silicon 300mm mới nhất được phát triển bởi Peter Wolters, giúp cải thiện hiệu quả sản xuất lên 30% so với thế hệ trước.

Các nhà sản xuất CMP trong nước chủ yếu là Cơ điện Tianjun, Huahai Qingke, CLP 45, ngoài ra, Sheng Mei Semiconductor cũng tung ra thị trường các sản phẩm thiết bị CMP trong năm 2019, trở thành thế lực mới của thiết bị CMP nội địa. Cơ điện Tianjun, tên đầy đủ là Shanghai Tianjun Electromechanical Equipment Co., LTD., được thành lập năm 2005, là tập hợp các hóa chất, hệ thống cung cấp chất lỏng mài mòn, nghiên cứu và phát triển thiết bị làm sạch ướt, sản xuất, bán hàng và dịch vụ với tư cách là một trong những công ty liên doanh- doanh nghiệp chứng khoán. Chủ yếu tham gia vào hệ thống hóa học CDS, hệ thống chất lỏng mài mòn SDS, khắc quá trình ướt WPS, nghiên cứu và phát triển thiết bị làm sạch siêu âm chính xác, sản xuất, chế tạo.

Tiền thân của Huahai Qingke là nhóm nghiên cứu được thành lập năm 2000 dưới sự lãnh đạo của Viện sĩ Luo Jianbin và Giáo sư Lu Xinchun. Vào năm 2012, Viện sĩ Luo Jianbin đã lãnh đạo nhóm nghiên cứu phát triển thành công thiết bị CMP sấy khô 12 inch đầu tiên với quyền sở hữu trí tuệ độc lập ở Trung Quốc. Vào tháng 3 năm 2013, Tsinghua Holdings và Thành phố Thiên Tân đã đầu tư vào Huahai Qingke. Đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa các thành tựu khoa học và công nghệ. Vào năm 2014, Huahai Qingke đã phát triển mẫu thương mại CMP đầu vào và đầu ra khô 12 inch đầu tiên -Universal-300, như trong Hình 9-6. Máy đã được đưa vào nhà máy SMIC Bắc Kinh vào năm 2015, đã vượt qua đánh giá của SMIC và đạt được doanh số bán hàng vào năm 2016.

Thiết bị CMP của Senmei chủ yếu được sử dụng trong quy trình kết nối đồng 65 đến 45nm cho các gói phụ trợ. Senmei Semiconductor đã làm chủ được công nghệ đánh bóng không gây căng thẳng cho tấm bán dẫn và các nguyên mẫu sử dụng công nghệ này đã được Intel và LSI Logic mua lại. Tại "SEMICON China 2019" ở Thượng Hải vào tháng 3 năm 2019, Shengmei Semiconductor một lần nữa cho ra mắt thiết bị ném đồng đóng gói tiên tiến và thiết bị ném đồng đóng gói mới ra mắt được phát triển cho quy trình đóng gói chip trí tuệ nhân tạo (AI). Chip AI có nhiều chân hơn đòi hỏi quy trình đóng gói và thiết bị đóng gói ba chiều mới, đồng thời quy trình đánh bóng đòi hỏi bột đánh bóng có chi phí cao. Trên đây là sơ đồ thiết bị UltraSFP ap335 mới nhất của Semiconductor. Đối với các yêu cầu về quy trình đóng gói 2.5D, UltraSFP ap335 sử dụng quy trình đánh bóng điện ướt, tích hợp đánh bóng không căng thẳng (SFP), mài cơ học hóa học (CMP) và quy trình khắc ướt (ăn mòn ướt). Nó không chỉ làm giảm khoảng 90% lượng tiêu thụ bột đánh bóng mà còn thu hồi đồng trong chất lỏng đánh bóng. Bởi vì chất lỏng hóa học của quá trình đánh bóng điện có thể được tái chế nhiều lần nên có thể tiết kiệm hơn 80% chi phí vật tư.

Phân tích thị trường hàng tiêu dùng CMP

Theo dữ liệu của Viện Nghiên cứu Công nghiệp Triển vọng, quy mô thị trường chất lỏng đánh bóng và miếng đánh bóng toàn cầu vào năm 2020 sẽ lần lượt đạt 2,01 tỷ đô la Mỹ và 1,32 tỷ đô la Mỹ. Năm 2019, việc phân phối thị trường các loại hàng tiêu dùng khác nhau trong CMP chiếm thị phần cao 48,1% và miếng đánh bóng chiếm 31,6% thị phần, xếp thứ hai, là thành phần chính của thị trường hàng tiêu dùng CMP.

1) Chất đánh bóng là một trong những yếu tố chính của CMP và hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của bề mặt được đánh bóng. Thành phần của bột đánh bóng chủ yếu bao gồm ba phần: môi trường ăn mòn, chất tạo màng và chất phụ trợ, các hạt mài mòn nano. Bột đánh bóng phải đáp ứng các yêu cầu về tốc độ đánh bóng nhanh, độ đồng đều đánh bóng tốt và dễ dàng làm sạch sau khi đánh bóng. Độ cứng của các hạt mài mòn không được quá cao để đảm bảo thiệt hại cơ học trên bề mặt màng tương đối nhẹ. Năm 2019, thị trường chất lỏng đánh bóng CMP toàn cầu là 2,01 tỷ USD và thị trường này chủ yếu được độc quyền bởi các công ty như Cabot Corporation và Versum ở Hoa Kỳ và Fujimi ở Nhật Bản. Cabot là nhà cung cấp chất lỏng đánh bóng hàng đầu thế giới, với doanh thu bán hàng là 411 triệu USD vào năm 2019 và thị phần cao nhất, nhưng sự thống trị của công ty này đang giảm dần qua từng năm, với thị phần giảm từ khoảng 80% năm 2000 xuống còn khoảng 35% vào năm 2019. Versum là nhà sản xuất vật liệu tiên tiến và vật liệu xử lý có uy tín tại Hoa Kỳ, chiếm khoảng 20% ​​hoạt động kinh doanh chất lỏng đánh bóng toàn cầu vào năm 2019. Fujimi là một công ty Nhật Bản tập trung vào nghiên cứu và phát triển vật liệu mài mòn cũng như kinh doanh CMP. chất lỏng đánh bóng đạt 14,621 tỷ yên vào năm 2019, chiếm khoảng 15% thị phần toàn cầu. Nhà cung cấp chính tại Trung Quốc là Công ty TNHH Công nghệ vi điện tử Anji (Thượng Hải). (sau đây gọi là "Anji Technology"), được thành lập tại Quận Mới Pudong, Thượng Hải vào năm 2004 và chuyên về đầy đủ các vật liệu đánh bóng và chất cản quang CMP, với tổng doanh thu là 208 triệu nhân dân tệ vào năm 2019.

2) Tấm đánh bóng, còn được gọi là tấm mài CMP, chủ yếu được cấu tạo từ vật liệu polyurethane chứa vật liệu làm đầy, dùng để kiểm soát độ cứng của miếng len. Phần nhô ra trên bề mặt của miếng đánh bóng tiếp xúc trực tiếp và ma sát với wafer, chất lỏng đánh bóng được phun đều lên bề mặt của miếng đánh bóng để loại bỏ lớp đánh bóng, cuối cùng chất lỏng đánh bóng sẽ lấy sản phẩm phản ứng ra khỏi miếng đánh bóng. Các đặc tính của miếng đánh bóng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt của wafer và là một trong những yếu tố trực tiếp liên quan đến hiệu ứng làm phẳng。

CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ FOUNTYL. TNHH. được đặt tại Singapore, chúng tôi tập trung vào nghiên cứu và phát triển, sản xuất và dịch vụ kỹ thuật các bộ phận gốm sứ chính xác trong lĩnh vực bán dẫn trong hơn 10 năm. Sản phẩm chính của chúng tôi là mâm cặp gốm, bộ phận tác động cuối bằng gốm, pít tông gốm và dầm vuông gốm, bao gồm bộ phận R&D, bộ phận QC, bộ phận Thiết kế và bộ phận bán hàng.