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2017 年 11 月 21 日，從中芯國際天津廠傳來一個振奮的消息：由中電科電子裝備集團有限公司（以下簡稱“電科裝備”）研發(fā)的國內首臺擁有完全自主知識產(chǎn)權的 200mm CMP（化學機械拋光）設備，進入中芯國際 8 寸大生產(chǎn)線進行產(chǎn)線驗證。
國家“千人計劃”CMP 專家顧海洋博士表示，這是國產(chǎn) CMP 設備首次進入集成電路大生產(chǎn)線驗證，填補了國產(chǎn)設備產(chǎn)線驗證的空白，推動著我國集成電路核心裝備產(chǎn)業(yè)化邁上新征程。
據(jù)介紹，該套 200mm CMP 設備由拋光、清洗、晶圓傳輸三大模塊組成，按照國際最先進的標準進行設計，能夠滿足集成電路晶圓制造中所有復雜平坦化工藝需求，包括 STI、ILD、contactor、metal line 等；同時滿足 TSV、MEMS 等新領域的平坦化工藝要求，適用于主流半導體材料，包括氧化物、氮化物、硅、鎢、銅、鉭、鋁等，以及特殊材料（如聚合物等）。
據(jù)悉，該套設備在交付前已經(jīng)在公司進行 3 個批次近 10000 片工藝試驗，性能指標經(jīng)中芯國際測試可以滿足工藝需求，已經(jīng)達到設備進廠在線驗證要求。在接下來的 6 個月里，200mm CMP 設備要正式接受大生產(chǎn)的考驗，設備的可靠性和一致性將經(jīng)受嚴格考核。
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作為集成電路制造七大關鍵設備之一，CMP 設備是構造集成電路平坦化及多層互連結構的關鍵工藝設備，是集成電路制造進入 0.35 微米以下技術節(jié)點而引入的工藝技術，用于支撐集成電路制造特征線寬不斷微細化對光刻景深的要求，目前 CMP 已經(jīng)成為集成電路制造的標準工藝，而國產(chǎn)設備的應用還處于空白狀態(tài)。
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談及 CMP 設備的重要性時，顧海洋博士解釋說，CMP 的原理是利用拋光液化學刻蝕和拋光墊機械摩擦的綜合平衡作用，對晶圓表面材料進行精細去除。所以 CMP 在集成電路制造中的作用，首先是用于芯片制造前道工藝中的平坦化、器件隔離、器件構造，其次是芯片制造后道工藝的金屬互連。同時，CMP 是集成電路硅片制造表面精細拋光的重要工藝制程，也是實現(xiàn)集成電路 3D TSV 封裝工藝的關鍵工藝手段。
顧海洋博士用一個淺顯的例子來說明平坦化，如果把 8 英寸晶圓擴大到一個標準足球場的面積，在這個面積范圍內，CMP 平坦化效果最低點與最高點的高度差小于 0.05mm，在 22nm 制造技術節(jié)點中，這個高度差僅有 0.01mm。正是這高精尖的技術，讓 CMP 設備成為工業(yè)母機中的“珠穆朗瑪峰”。
產(chǎn)用合作典范在國家 02 科技重大專項的支持下，憑借在電子工業(yè)專用設備領域的突出優(yōu)勢和技術積淀，2015 年，電科裝備 45 所積極承擔了國家 02 專項課題“CMP 后清洗及光學終點檢測技術”的科研攻關任務。先后突破了 10 余項關鍵技術，完成技術改進 50 余項，申報國內外專利 43 項，取得 CMP 基礎技術、應用工藝、核心零部件、整機等多項成果，逐漸形成了完整的 CMP 技術體系，涵蓋了 CMP 主要核心技術，具備 200mm 及 300mmCMP 工藝研發(fā)和客戶工藝示范能力。
當筆者問及為何要先做 200mm CMP 設備時，顧海洋博士表示，國際上主流 CMP 設備廠商，如美國的應用材料公司從 2003 年開始已經(jīng)停止了 200mm CMP 設備生產(chǎn)，當時全球設備公司認為集成電路制造線逐步轉向 300mm 制造線，國際主流設備公司紛紛轉為主攻 300mm 設備市場。但是，從 2010 年開始，由于通信和移動市場中的 LCD 驅動、電源管理、指紋辨識等芯片的需求激增，特別是當今汽車、物聯(lián)網(wǎng)芯片、MEMS 器件和一些第三代半導體器件制造都是在 200mm 制造線上進行，全球集成電路行業(yè)在 200mm 晶圓廠容量和 200mm 設備方面都嚴重短缺，晶圓制造一直在尋求擴大 200mm 制造線的能力。
中芯國際天津將要打造最大的 8 寸晶圓制造基地，月產(chǎn) 15 萬 8 寸晶圓，對設備的需求非常大。但目前國際市場幾乎沒有任何新的 200mm 設備可用，就是二手的 200mm 設備，價格也是天天看漲。
電科裝備就是瞄準這個巨大的場空間，主動找到中芯國際。你有情，我有意，雙方一拍即合。在中芯國際工程師的大力配合下，從試驗機型到商用機型，都非常高效的完成。
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點評
首先，CMP 進入中芯國際大生產(chǎn)線驗證，是我國集成電路制造關鍵裝備種類的突破，同時也表明我們裝備制造單位能夠抓住市場需求方向，面向市場需求進行產(chǎn)品開發(fā)的能力。
第二，提升了我們裝設備制造單位研發(fā)集成電路制造設備的信心。
相信只要我們裝備單位沿著用戶需求的方向，通過各方面的支持，特別是我們集成電路制造單位的支持和互動，我們國家的集成電路裝備產(chǎn)業(yè)將發(fā)展的越來越好。
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