应用材料推出双晶圆的CMP系统

为了降低CMP耗材的成本，Applied Materials Inc. (应用材料，加州Santa Clara) 发布了一套可在同一平台上同时处理两片晶圆的CMP工具。应用材料的这套Reflexion GT 系统在日本幕张Semicon Japan上发布，它采用的研磨垫是传统CMP研磨垫面积的1.5倍，能够处理的晶圆数量也增加了一倍；每片晶圆可节省约30%的研磨浆，应用材料CMP事业部总经理Lakshmanan Karuppiah表示。

CMP耗材市场每年约为17亿美元，超过了CMP设备本身的市场。随着CMP从逻辑产品进入存储器领域，在DRAM和闪存器件上需要抛光多层铜互连层，而应用材料的客户也正在寻求降低研磨垫和研磨浆成本的方法。“从历史上看，CMP已经成为成本最高的工艺步骤之一，”应用材料的一位CMP产品经理Sydney Huey说。“对于典型的逻辑工艺流程，CMP的成本约为每片晶圆100美元。并且，这一数目还在变大。存储器正从铝互连转向铜互连，而在逻辑工艺领域，布线层也越来越多。

Reflexion GT系统目前正在几个逻辑和存储器客户端进行测试验证；而更多的几套系统也将在今年年底发货，介质系统和CMP部门总经理Bill McClintock表示。这套工具包括两个多区域研磨头、原位实时工艺控制和两个Marangoni蒸汽烘干站。

当其他的CMP供应商努力开发双晶圆的CMP工具时，这些系统的照片也曾被互相传阅过，但是还没有第二个供应商能够克服同时在两片晶圆上复制同样的研磨过程这一重大挑战，应用材料表示。Karuppiah说，两个Titan Contour研磨头分别独立控制，能为两个工艺而配置，或者是同一个抛光工艺。“我们的实时控制和多区域研磨头可以实现双晶圆的控制。”他表示。

应用材料与业内领先的研磨垫供应商进行了合作，其中有几家供应商准备提供表面积达42英寸的研磨垫，而传统的单晶圆CMP系统所用的研磨垫只有30英寸。

“我们正在力求降低耗材的成本，”包括折合到每片晶圆上研磨垫的成本，Huey说。基于应用材料技术中心所进行的马拉松式的研发历程，更大的研磨垫将能够处理约2000片晶圆，而单晶圆的Reflexion LK系统只能处理约1000片晶圆。这一结果与研磨垫装置无关，他补充说。

“研磨垫供应商也做好了准备，”McClintock说，“我们已经与所有的研磨垫领先厂商进行了合作，选择了其中几家为客户而预备。他们能采用相同的研磨浆，以及相同的研磨垫调节盘、刷子和清洗剂。客户已经拿到了报价，并看到了成本上的节约。”

Gartner Inc.的设备分析师Dean Freeman表示，应用材料的Reflexion GT系统为高量产CMP系统设立了新的标准。去年，Ebara Corp. (Tokyo)推出了单晶圆抛光工具，吞吐率比应用材料的Reflexion LK系统更高。“然后，应用材料采取了相应的行动，”Freeman说，“将目标瞄准增加吞吐量，并同时降低耗材成本，这两者对于器件制造商来说都是大的问题。”

通常，存储器公司在先进的闪存和DRAM工艺上制作2-3个铜互连层。而Intel则有9个铜互连层，TSMC更是达到了12层。“这套工具很可能是售予了TSMC，”Freeman说。在同一个研磨垫上抛光两片晶圆“简直是非常难于实现的工艺，这也是为什么以前从未看到过该工艺的原因。我们将需要观察市场的认可度，但是这给应用材料带来了巨大的市场竞争力优势。”

根据Gartner的预测，到2012年，CMP设备市场将从2009年萎靡不振的4.59亿美元的水平成长到9.84亿美元。尽管Gartner还没有耗材方面的精确数字，但是Freeman表示，Cabot Microelectronics Corp. (伊力诺依州Aurora)是研磨浆生产商的领头羊，并在研磨垫上排名第二，而Rodel (Phoenix)——罗门哈斯电子材料（陶氏）的一个部门——则是研磨垫供应商的老大，在研磨浆上位居第二。

尽管单元研磨浆的成本没有改变，但在Reflexion GT系统上每片晶圆将使用更少的浆料，因为它能同时处理两片晶圆，Karuppiah说。“客户不得不用研磨浆浸透研磨垫，才能获得必需的去除率。这些是固有的方式。当工艺进行时，一个研磨头上的浆料副产品能转到另一个研磨头上，这使得GT系统只需更少的浆料，就能获得相同的去除率。”

在应用材料的测试结果中，GT系统比单晶圆的LK工具少用了25%的浆料。“我们的客户在耗材优化上已经做得很好了，甚至2%的节约都已经是个巨大的改善，”Karuppiah说。

Huey表示，客户还能节约30%的fab面积。对于一个30,000 wspm的fab，假定引入6000 ?铜和进行80片晶圆/小时的抛光，客户仅需要7台GT系统，而对应的单晶圆CMP系统则需要11台。

作者：David Lammers, News Editor -- Semiconductor International,半导体国际