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化学机械抛光CMP设备行业的国际发展现状

发布时间:2019-9-29      发布人:www.hnzts.com      点击:

最早的CMP技术是由IBM公司于80年代中期利用Strasbaugh公司的抛光机在East Fishkill工厂进行工艺的开发。1988年,IBM开始将CMP工艺用于4MDRAM器件的制造。到1990年,IBM公司便向Micron Technology公司出售了采用CMP技术的4MDRAM工艺。此后不久,又与Motorola公司合作,共同进入为苹果计算机公司生产PC机器件的行列。从此各种逻辑电路和存储器便以不同的发展规模走向CMP。到1994年,随着0.5μm器件的批量生产和0.35μm工艺的开发,CMP工艺便逐渐进入生产线,设备市场初步形成。

CMP技术发展历程可以分为三个阶段:第一阶段为铜工艺以前。在铜布线工艺之前,CMP主要研磨的材料为钨和氧化物;第二阶段为1997年~2000年。在进入金属双嵌工艺之后,研磨材料从二氧化硅拓展到氟硅酸盐玻璃(FSG),这个阶段也对应于从0.25μm进入0.13μm工艺;第三阶段是采用铜互连和低K介质时期。CMP研磨对象主要为内部互连层和浅沟道隔离(STI)层。研磨的材料为铜和介质材料。目前,CMP技术已经发展成以化学机械抛光为主体,集成在线检测、清洗、干燥等技术于一体的化学机械平坦化技术。

国外主流化学机械抛光(CMP)供应商主要有Applied Material、Peter wolters、Ebara、Novellus、Speedfam-IPEC和东京精密六家,推出的CMP设备主要针对大尺寸(200mm~300mm)硅片加工和集成电路制造(90nm节点以下)铜互连工艺领域。目前,国际上推出的300mmCMP产品有: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设备。其中,Applied material、Novellus的CMP设备主要应用在IC制造铜互连工艺领域。Peter wolters和Speedfam-IPEC的CMP设备在硅片加工领域应用较为普遍。

美国Applied material

美国应用材料公司是全球最大的半导体设备供应商,也是目前国际上最大的CMP设备供应商,占据着国际上60%以上的CMP市场。Applied Material公司于1997年推出其第一台Mirra CMP产品,之后凭借其全球服务和性能保证资源优势,通过兼并Obsidian公司,在短短5-6年内,便向市场出售了1000多台CMP设备,一跃成为CMP设备市场的霸主。Applied Material公司专注于旋转型CMP设备,常采用氧化铈(Ce)研磨液,在STI CMP工艺方面已经成熟。其在用于IC制造的铜CMP市场中已占据80%的份额。AM公司最新的Reflexion LK是其的升级产品,采用了泽天传感更灵活的设计平台,是针对130nm-65nm的量产设备。

图1 Applied Materials公司ReflexionTM-LK 300型设备外型图

德国Peter wolters

Peter wolters为欧洲知名的半导体设备制造商,一直专注于CMP设备的研发,在硅材料CMP领域有着独特的设计和理解。Peter wolters公司生产的CMP设备主要有:PM200-Apollo、PM 200 GEMINI、PM300-Apollo、HFP 200、HFP 300等。均为旋转式CMP设备,其中PM300-Apollo型为300mm硅片CMP加工设备,可根据不同配置实现“干进湿出”或“干进干出”的功能。HFP 300为Peter wolters开发的最新的300mm硅片加工设备,生产效率更高一些。

图2 Peter Wolters公司HFP300型设备外型图

日本荏原(Ebara)制造所

日本荏原(Ebara)的旋转式CMP抛光设备近几年一致保持着全球第二的销售量。主要的设备型号有F*REX200型、F*REX300型。其中FREX300型是针对300mm的IC制造设备。同时,该公司正将电场研磨技术、蚀刻技术和超纯水研磨液技术用于65nm节点的Cu/LK的低压化学机械抛光设备开发。到目前为止,该公司已出售800多台200mm圆片CMP设备,100多台300mm圆片CMP设备。

图3 日本荏原(Ebara)制造的F*REX300型设备外型图

以上三家国际主流设备性能配置见表1。从表中可以发现,不同公司的产品,技术参数与配置大同小异,这说明CMP工艺已相对成熟,比较稳定。

设备供应商

Applied material

Peter Wolters

Ebara

型号

Reflexion-LK300

HFP300

PM300 Apollo

F*REX300

晶片直径

300 mm

300 mm

300 mm

300 mm

系统结构

干进干出

4抛光头/3抛光台

干进湿出

4抛光头/2抛光台

干进湿出

2抛光头/4抛光台

干进湿出

2抛光头/2抛光台

晶片传输方式

自动传输

自动传输

自动传输

自动传输

抛光头

转速

30-200 rpm

0-120rpm

0-125rpm

10-120rpm

背压

10-180kPa

0-200kPa

0-200kPa

5-70kPa

下压力

345N-3450N

300-5000N

0-4000N

10-70kPa

抛光台

直径

/

900mm

主抛光台:900mm

次抛光台:430mm

900mm

转速

30-200 rpm

0-125rpm

主抛光台:0-125rpm

次抛光台:0-125rpm

10-150rpm

温度

/

20-60

主抛光台:20-60

次抛光台:20-60

20-60

抛光垫修整盘

下压力

/

0-350N

0-350N

50-300N

直径

/

120mm

120mm

260mm

转速

/

0-80rpm

0-80rpm

10-150rpm

泽天传感

 

 

 

金刚砂盘

控制界面

SECS II / SEMI

SECS II /GEM

SECS II /GEMCIM

SEMI

应用领域

铜互连平坦化

硅片加工

硅片加工

硅片加工