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化學機械拋光CMP設備行業的國際發展現狀

發布時間:2019-9-29??????發布人:www.ywsgy.com??????點擊:

最早的CMP技術是由IBM公司于80年代中期利用Strasbaugh公司的拋光機在East Fishkill工廠進行工藝的開發。1988年,IBM開始將CMP工藝用于4MDRAM器件的制造。到1990年,IBM公司便向Micron Technology公司出售了采用CMP技術的4MDRAM工藝。此后不久,又與Motorola公司合作,共同進入為蘋果計算機公司生產PC機器件的行列。從此各種邏輯電路和存儲器便以不同的發展規模走向CMP。到1994年,隨著0.5μm器件的批量生產和0.35μm工藝的開發,CMP工藝便逐漸進入生產線,設備市場初步形成。

CMP技術發展歷程可以分為三個階段:第一階段為銅工藝以前。在銅布線工藝之前,CMP主要研磨的材料為鎢和氧化物;第二階段為1997年~2000年。在進入金屬雙嵌工藝之后,研磨材料從二氧化硅拓展到氟硅酸鹽玻璃(FSG),這個階段也對應于從0.25μm進入0.13μm工藝;第三階段是采用銅互連和低K介質時期。CMP研磨對象主要為內部互連層和淺溝道隔離(STI)層。研磨的材料為銅和介質材料。目前,CMP技術已經發展成以化學機械拋光為主體,集成在線檢測、清洗、干燥等技術于一體的化學機械平坦化技術。

國外主流化學機械拋光(CMP)供應商主要有Applied Material、Peter wolters、Ebara、Novellus、Speedfam-IPEC和東京精密六家,推出的CMP設備主要針對大尺寸(200mm~300mm)硅片加工和集成電路制造(90nm節點以下)銅互連工藝領域。目前,國際上推出的300mmCMP產品有:Applied material的ReflexionTM系列,Peter wolters的Apollo PM300型,Ebara的FREX300型、Novellus的XcedaTM系列和Speedfam-IPEC的Momentum 300TM設備。其中,Applied material、Novellus的CMP設備主要應用在IC制造銅互連工藝領域。Peter wolters和Speedfam-IPEC的CMP設備在硅片加工領域應用較為普遍。

美國Applied material

美國應用材料公司是全球最大的半導體設備供應商,也是目前國際上最大的CMP設備供應商,占據著國際上60%以上的CMP市場。Applied Material公司于1997年推出其第一臺Mirra CMP產品,之后憑借其全球服務和性能保證資源優勢,通過兼并Obsidian公司,在短短5-6年內,便向市場出售了1000多臺CMP設備,一躍成為CMP設備市場的霸主。Applied Material公司專注于旋轉型CMP設備,常采用氧化鈰(Ce)研磨液,在STI CMP工藝方面已經成熟。其在用于IC制造的銅CMP市場中已占據80%的份額。AM公司最新的Reflexion LK是其的升級產品,采用了澤天傳感更靈活的設計平臺,是針對130nm-65nm的量產設備。

圖1 Applied Materials公司ReflexionTM-LK 300型設備外型圖

德國Peter wolters

Peter wolters為歐洲知名的半導體設備制造商,一直專注于CMP設備的研發,在硅材料CMP領域有著獨特的設計和理解。Peter wolters公司生產的CMP設備主要有:PM200-Apollo、PM 200 GEMINI、PM300-Apollo、HFP 200、HFP 300等。均為旋轉式CMP設備,其中PM300-Apollo型為300mm硅片CMP加工設備,可根據不同配置實現“干進濕出”或“干進干出”的功能。HFP 300為Peter wolters開發的最新的300mm硅片加工設備,生產效率更高一些。

圖2 Peter Wolters公司HFP300型設備外型圖

日本荏原(Ebara)制造所

日本荏原(Ebara)的旋轉式CMP拋光設備近幾年一致保持著全球第二的銷售量。主要的設備型號有F*REX200型、F*REX300型。其中FREX300型是針對300mm的IC制造設備。同時,該公司正將電場研磨技術、蝕刻技術和超純水研磨液技術用于65nm節點的Cu/LK的低壓化學機械拋光設備開發。到目前為止,該公司已出售800多臺200mm圓片CMP設備,100多臺300mm圓片CMP設備。

圖3 日本荏原(Ebara)制造的F*REX300型設備外型圖

以上三家國際主流設備性能配置見表1。從表中可以發現,不同公司的產品,技術參數與配置大同小異,這說明CMP工藝已相對成熟,比較穩定。

設備供應商

Applied material

Peter Wolters

Ebara

型號

Reflexion-LK300

HFP300

PM300 Apollo

F*REX300

晶片直徑

300 mm

300 mm

300 mm

300 mm

系統結構

干進干出

4拋光頭/3拋光臺

干進濕出

4拋光頭/2拋光臺

干進濕出

2拋光頭/4拋光臺

干進濕出

2拋光頭/2拋光臺

晶片傳輸方式

自動傳輸

自動傳輸

自動傳輸

自動傳輸

拋光頭

轉速

30-200 rpm

0-120rpm

0-125rpm

10-120rpm

背壓

10-180kPa

0-200kPa

0-200kPa

5-70kPa

下壓力

345N-3450N

300-5000N

0-4000N

10-70kPa

拋光臺

直徑

/

900mm

主拋光臺:900mm

次拋光臺:430mm

900mm

轉速

30-200 rpm

0-125rpm

主拋光臺:0-125rpm

次拋光臺:0-125rpm

10-150rpm

溫度

/

20-60

主拋光臺:20-60

次拋光臺:20-60

20-60

拋光墊修整盤

下壓力

/

0-350N

0-350N

50-300N

直徑

/

120mm

120mm

260mm

轉速

/

0-80rpm

0-80rpm

10-150rpm

澤天傳感

 

 

 

金剛砂盤

控制界面

SECS II / SEMI

SECS II /GEM

SECS II /GEMCIM

SEMI

應用領域

銅互連平坦化

硅片加工

硅片加工

硅片加工

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