關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

筆者前期通過多篇短文對硅片的拉晶、加工和成型環節及每個環節中所需的重要設備做了比較全面的梳理,本文在前述文章的基礎上對硅片拋光工藝做了比較全面的解析,供大家參考。

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

硅片拋光工藝簡介

硅片拋光工藝是通過拋光液中的化學溶液的腐蝕作用和拋光液中的機械研磨的去除作用,將硅片表面上的微米級、納米級材料去除,達到改善硅片表面形貌,提高硅片表面微粗糙度的工藝,由於拋光工藝中採用了拋光液,因此這一過程也被稱為化學機械拋光工藝,簡稱CMP,相應的設備稱之為化學機械拋光機:

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

拋光機

拋光機的工作原理是:拋光臺上表面裝有拋光墊並旋轉,硅片夾持在拋光頭承載器中碎拋光頭承載器的運動壓緊到拋光墊上並旋轉和擺動。同時向拋光墊與硅片接觸的區域澆注拋光液,拋光液中的化學溶液將硅片表面層腐蝕成鬆軟的物質,同時拋光液中的氧化鋁等磨料作為研磨劑,利用拋光墊與硅片之間摩擦作用去除硅片表面的腐蝕層,這樣在不斷的化學腐蝕和機械去除的綜合作用下,不斷將硅片表面的細微去除,從而達到最佳拋光效果:

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

拋光墊修整器是安裝有毛刷或端面金剛石磨輪的機構,通過旋轉、向下加壓並擺動,來清理拋光墊表面沉積物或修整拋光墊表面,以維持拋光墊的去除率,在專欄文章《六維度拆解安集科技:拋光液打破美日壟斷,攜手鼎龍股份自主可控》一文中筆者對拋光液、拋光墊及拋光墊修整器及行業規模、競爭格局等做了相應的介紹。

在實際工作中拋光機有多片單面拋光機和多片雙面拋光機兩種。由於化學機械拋光工藝加工效率較低、加工成本較高,在實際作業中通常直徑小於200mm的硅片通常是在研磨片的基礎上對硅片一面進行拋光,在製造工藝上一般採用多片單面拋光機加工,即在一個拋光臺上採用多拋光頭同時拋光,以提高拋光效率、降低拋光成本:

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

200/300mm的硅片採用多片雙面拋光工藝,雙面拋光機是在雙面研磨劑的基礎上,在上、下拋光盤上裝有拋光墊,增加拋光液供給/回收裝置,可同時進行多片拋光:

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

值得注意的是由於後道工藝對300mm硅片加工後的面型精度要求增高,設備體積增大,所以設備製造精度和控制精度相對更高。為了減小硅片裝載、卸載時操作中容易碎片的風險,一些300mm雙面拋光機還集成了硅片自動裝載/卸載單元裝置:

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

國內外硅片拋光機廠商

國內硅片拋光機廠商主要有蘇州赫瑞特電子、宇晶股份,國外拋光機廠商主要有SpeedFam、日本不二越株式會社、美國PR Hoffman和德國萊瑪特沃爾特斯等。

宇晶股份是一家2018年11月在中小板上市的湖南企業,公司是專業從事多線切割機、研磨拋光機等精密加工機床研發、設計、生產及銷售的企業,其YJ-22B5L/PA雙面研磨/拋光機適用於470mm及以下硅片、砷化鎵片、陶瓷片、石英晶體及其它半導體材料的雙面高精度研磨或拋光。

蘇州赫瑞特電子目前發展成為集設備、輔料和工藝技術、專業化服務為一體的產業鏈式配套服務商,其半導體設備包括拋光機、研磨機、減薄機、切割機等,其中D16系列用於直徑150mm及以下光學玻璃、硅片等雙面拋光,綜合來看蘇州赫瑞特電子研磨/拋光機主要用於小尺寸:

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

SpeedFam公司的設備主要集中在研磨機/拋光機、倒角機和減薄機領域,其中公司的單面研磨/拋光機和雙面研磨/拋光機主要用於8英寸及以下的硅片、藍寶石等研磨/拋光工藝,部分型號設備可用於12英寸硅片研磨/拋光工藝。

日本不二越株式會社成立於1928年12月,截止2020年2月公司在日本擁有23家公司,其中12家負責生產業務;在海外擁有32家公司,其中17家負責生產業務。公司營業範圍涉及機械加工、切削、精密器具、機器人和功能零部件領域,公司營收也達到2490億日元,其中海外銷售額達到1140億日元:

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

邊緣拋光機

在硅片倒角時由於倒角磨輪料粒度的原因,硅片邊緣會殘留有一定深度的損傷層,表面粗糙度較大,因此為了滿足後續工序中對硅片潔淨度要求,便要對硅片邊緣進行拋光,一是降低邊緣粗糙度、降低邊緣汙染,二是消除邊緣加工應力,減小硅片碎裂的風險,在實際應用中主要是對200/300mm硅片進行邊緣拋光。此外由於硅片存在定位槽,因此硅片倒角部分和定位槽部分是分別進行拋光,而且硅片倒角部分由於是斜面,因此邊緣拋光機的功能和結構相比表面拋光要更復雜一點。

邊緣倒角一般分為正面、側面和背面三部分,定位槽同樣分為正面、側面和背面三部分,其間存在圓弧過渡。在實際應用中由於定位槽面型複雜且邊緣部分面積較小,因此一般採用蝶形拋光盤,將其直接深入到定位槽內,依靠拋光盤的拋光墊的塑性變形,施加拋光壓力完成定位槽拋光:

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

硅片邊緣拋光采用拋光盤式拋光,拋光盤是具有一定斜度與弧度的運動模組,模組一般由一個上斜面拋光盤、一個下斜面拋光盤和兩個垂直面拋光盤等四個拋光盤組成,可同時實現上下和水平方向的移動,在驅動裝置下靠近硅片邊緣並施加一定拋光壓力,在拋光液作用下可對邊緣進行拋光,目前可用於邊緣拋光的設備生產商還是SpeedFam公司:

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

另一種邊緣拋光機採用了拋光桶方式,對倒角正面和背面同時進行拋光後,再對倒角側面進行拋光。拋光桶主軸線垂直,桶外側附著拋光墊,拋光桶主軸可以上下移動,同時也可以水平移動:

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

在實際應用中為了提升拋光效率,邊緣拋光機按照四拋光桶式結構,四個拋光桶的外側均附著拋光墊,四個拋光桶可在各自驅動裝置驅動下靠近硅片邊緣並施加一定拋光壓力,實現邊緣的拋光:

關注半導體設備:邊緣拋光機以日本為主,表面拋光還看宇晶股份

原創聲明:本文作者系阿爾法經濟研究原創,歡迎個人轉發,謝絕媒體、公眾號或網站未經授權轉載。

免責聲明:阿爾法經濟研究發佈的內容僅供參考,不構成任何投資建議。


分享到:


相關文章: