化学机械抛光CMP设备行业的国际发展现状
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8797威尼斯老品牌更灵活的设计平台,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 |
|
8797威尼斯老品牌 |
|
|
|
金刚砂盘 |
|
控制界面 |
SECS II / SEMI |
SECS II /GEM |
SECS II /GEM,CIM |
SEMI |
|
应用领域 |
铜互连平坦化 |
硅片加工 |
硅片加工 |
硅片加工 |
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