半导体

首次!国产CMP设备进入集成电路大生产线,核心装备自主可控迈出重要一步

作者:陈炳欣来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2017-11-27 我要评论

  

  11月21日,中国电子科技集团公司第四十五研究所(以下简称“电科装备45所”)自主研发的200mm CMP商用机完成所内测试,发往中芯国际天津公司进行上线验证。这是国产CMP设备首次进入集成电路大生产线,不仅填补了国产设备产线验证的空白,一旦通过设备验证实现产业化,还将有效解决制约我国集成电路产业自主可控发展的“卡脖子”问题。电科装备45所是国内专门从事集成电路关键装备研发及产业化的国家级重点科研生产单位,是国家02专项“28-14nm抛光设备及工艺、配套材料产业化”责任单位。

  立足高起点

  设备实现中芯国际产线验证

  “CMP设备,也叫化学机械抛光设备,是集成电路制造领域的七大关键设备之一。它的原理是利用抛光液化学刻蚀和抛光垫机械摩擦的综合平衡作用,对晶圆表面材料进行精细去除。在集成电路制造中,CMP首先被用于芯片制造前道工艺的平坦化、器件隔离、器件构造,其次在芯片制造后道工艺的金属互连也需使用。同时,CMP在集成电路3D封装TSV工艺中也是关键的工艺手段。正是因为具有相对多样且关键的应用,CMP已经成为集成电路制造中的标准工艺和核心装备。”国家千人计划专家、电科装备45所CMP/ECD事业部总经理顾海洋告诉记者。本次电科装备45所200mm CMP商用机至中芯国际天津厂上线验证,正是以顾海洋为核心的科研团队努力攻关下所取得的成果。

  据了解,目前国内CMP设备应用处于空白状态。在国家02科技重大专项的支持下,电科装备45所承担了02专项课题“28-14nm抛光设备及工艺、配套材料产业化”项目,研发团队先后突破10余项关键技术,完成技术改进50余项,申报国内外专利43项,取得CMP基础技术、应用工艺、核心零部件、整机等多项成果,逐渐形成了完整的CMP技术体系。随着设备进入在线验证阶段,表明前期的研发成果已经得到用户的认可。

  “在此之前,我们团队完成了中芯国际万片马拉松的严格的离线验证,各项设备技术指标,都达到了客户上线验证的要求,才使我们的设备得以跨入主流大产线的验证。在接下来的6~9个月里,200mm CMP设备将正式接受大生产的考验。这是我们设备朝产业化方向迈出的关键一步,表明电科装备45所将加入到国内集成电路先进设备供应商的行列。“顾海洋说。

  同时,这也标志着电科装备45所向着集成电路核心装备自主可控,担起大国重器的责任,迈出了重要的一步。

  从1到100

  未来产业化挑战严峻

  200mmCMP在线验证只是成功开始的第一步。“设备进入关键客户大产线后,还有很多艰难的工作要面对,例如零部件的可靠性、软件的稳定性、客户工艺要求的提升等。只有使设备能真正在客户大生产线上正常运行,为客户创造价值才是商用机研发成功的真正标志。”中电科电子装备集团有限公司副总经理、45所常务副所长景璀对当前的形势有着清醒的认识。

  在接受记者采访时景璀提出,国产设备的成功可以划分成两个阶段:一是实现从0到1的突破;二是从1到100的成功。“如果今天的在线验证是从0到1突破的话,它非常关键,但是从1到100这个过程的挑战将更加艰辛。”景璀说。

  顾海洋也表示,下一步电科装备45所CMP团队至少将面临三个方面的挑战,包括持续调试和改进设备技术、在线认证通过后的产业化进程,以及为用户提供优质的售后服务。“这些都是全新的挑战,特别是产业化的挑战,现在我们只是对一两台设备进行测试,未来进入小批量生产后,如何保持产品的一致性,如何管理好自己的供应商,都是需要解决的新问题。”顾海洋说。

  事实上,这些都是刚刚成长起来的中国集成电路装备企业需要面临的问题。随着《国家集成电路产业发展推进纲要》的发布,以及“国家集成电路产业投资基金”的设立,国内集成电路产业正在掀起一轮发展热潮,也给中国集成电路装备业提供了难得的发展机遇。根据SEMI估计,全球将于2017年~2020年间投产62座半导体晶圆厂,其中26座设于中国大陆,占全球总数的42%。同时,国内晶圆厂基本处于发展和赢利阶段,有更多力量投入到与装备企业的协同发展之中。

  “中国集成电路装备企业要抓住这次机会,也一定要抓住这次机会,加快发展步伐。集成电路产业是有一个有着冷热周期的行业,一旦错过这次机会,市场进入下行阶段,再想发展就更加艰难了。”中芯国际资深副总裁张昕指出。

  “设备—制造”协同

  致力合作模式新探索

  然而,中国集成电路装备企业该如何抓住这次难得的发展机会呢?这是当前各方致力探索解决的课题。

  国家支持必不可少。对此,半导体专家莫大康曾经提出在国家支持下,组建一条以国产装备为主的8英寸生产线的设想。组建这样一条生产线“将可全面审视国产设备在生产线中实战的表现,积累国产设备的数据,并加以不断的完善……如果这条200mm生产线建立,表征中国半导体设备制造商由配角转换到主角的时机到来,是一次质的飞跃。”莫大康指出。

  然而,除了需要国家从宏观层面进行支持之外,企业在微观层面的探索也十分必要。“在这次合作中,我们有需求,设备制造单位有意愿,国内集成电路产业良好的发展趋势使我们两家走到一块。最早电科装备45所找到我们了解需求,我们进行了需求和技术交流,在电科装备45所研发出商业机型后,我们又进一步进行了交流,包括我们的工程师现场考察,提出问题,他们改进。等到他们拿出工艺数据,我们认为他们的设备达到了我们的要求,我们两家一起进行工艺测试,先后进行4个批次近万片工艺试验,我们测试后达到工艺要求,这才允许他们的设备进厂在线验证。进厂前,我们也提出问题让他们改进,45所工程师到我们现场协商设备安装事宜,包括以后进厂验证的服务,我们一直在配合。”张昕对双方的合作进程进行了详细描述。

  熟悉半导体制造的人都十分清楚,一台新设备要想进入大生产线将面临什么样的难度,从样片提供、现场支持、工艺指导、移机协调,到3000片、5000片、1万片的离线工艺验证,在设备Move In后还要对设备进行一系列测试调整,当这些测试调整全部符合工艺参数的情况下,晶圆厂还要先用它做产品流片,在被产品验证之后,才会真正放到大生产线上,进行大生产化。这样才会进行批量采购。这个过程对一般的设备来说都要6~9个月,对第一台国产设备来说,需要的时间可能更长。

  

  而中芯国际与电科装备45所在工作中相互互动,相互协调,逐步探索建立起了一套有效的协同机制。这个机制的建立其中蕴含的意义也许更加重大。

  以CMP设备为契机

  加快推进装备国产业进程

  随着产品走向成熟,国产设备的市场前景是十分良好的。“国际上主流CMP设备厂商,如美国的应用材料公司从2003年开始已经停止了200mm CMP设备生产,主攻300mm CMP设备市场。因为当时认为集成电路制造线将逐步转向300mm制造线。但是,由于集成电路产业发展各个国家、地区发展不平衡,加之亚太地区集成电路产业的快速发展,特别是我们国内集成电路产业的快速发展,目前200mm与300mm制造线仍然并存。从2010年开始,由于通信和移动市场中的LCD驱动、电源管理、指纹辨识等芯片的需求激增,特别是当今汽车、物联网芯片、MEMS器件和一些第三代半导体器件制造都是在200mm制造线上进行,全球集成电路行业在200mm晶圆厂容量和200mm设备方面都严重短缺,芯片厂家一直在寻求扩大200mm制造线的能力。在国内,有许多扩建或新建200mm生产线的计划,但几乎没有任何新的或二手的200mm设备可用,而可找到的200mm设备,价格又比较高。在未来几年内,仍然存在200mm设备大量需求的市场空间,特别是在我们国内。”顾海洋告诉记者。

  景璀进一步指出:“电科装备45所是国内专门从事集成电路关键装备研发及产业化的国家级重点科研生产单位。下一步我们将以CMP设备产业化为契机,加快推进国产装备的进程。中电科电子装备集团有限公司在‘十三五集成电路装备发展规划’中提出重点突破、平台支撑、局部成套、集成服务的发展规划。我们将按照装备集团的发展行动计划,通过‘集成电路装备创新中心’的建设,在CMP设备、高端湿法设备、先进封装设备、离子注入机等核心装备方面,形成产业化制造和集成服务,成为全球先进的集成电路设备制造商,实现我们‘国内卓越、世界一流’的目标。”

  


来源:中国电子报、电子信息产业网            责任编辑:赵强

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