11月21日，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所(以下簡(jiǎn)稱“電科裝備45所”)自主研發(fā)的200mm CMP商用機(jī)完成所內(nèi)測(cè)試，發(fā)往中芯國(guó)際天津公司進(jìn)行上線驗(yàn)證。這是國(guó)產(chǎn)CMP設(shè)備首次進(jìn)入集成電路大生產(chǎn)線，不僅填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)線驗(yàn)證的空白，一旦通過(guò)設(shè)備驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還將有效解決制約我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)自主可控發(fā)展的“卡脖子”問題。電科裝備45所是國(guó)內(nèi)專門從事集成電路關(guān)鍵裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的國(guó)家級(jí)重點(diǎn)科研生產(chǎn)單位，是國(guó)家02專項(xiàng)“28-14nm拋光設(shè)備及工藝、配套材料產(chǎn)業(yè)化”責(zé)任單位。

立足高起點(diǎn) 設(shè)備實(shí)現(xiàn)中芯國(guó)際產(chǎn)線驗(yàn)證

“CMP設(shè)備，也叫化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，是集成電路制造領(lǐng)域的七大關(guān)鍵設(shè)備之一。它的原理是利用拋光液化學(xué)刻蝕和拋光墊機(jī)械摩擦的綜合平衡作用，對(duì)晶圓表面材料進(jìn)行精細(xì)去除。在集成電路制造中，CMP首先被用于芯片制造前道工藝的平坦化、器件隔離、器件構(gòu)造，其次在芯片制造后道工藝的金屬互連也需使用。同時(shí)，CMP在集成電路3D封裝TSV工藝中也是關(guān)鍵的工藝手段。正是因?yàn)榫哂邢鄬?duì)多樣且關(guān)鍵的應(yīng)用，CMP已經(jīng)成為集成電路制造中的標(biāo)準(zhǔn)工藝和核心裝備。”電科裝備45所CMP/ECD事業(yè)部總經(jīng)理顧海洋告訴記者。本次電科裝備45所200mm CMP商用機(jī)至中芯國(guó)際天津廠上線驗(yàn)證，正是以顧海洋為核心的科研團(tuán)隊(duì)努力攻關(guān)下所取得的成果。

據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)CMP設(shè)備應(yīng)用處于空白狀態(tài)。在國(guó)家02科技重大專項(xiàng)的支持下，電科裝備45所承擔(dān)了02專項(xiàng)課題“28-14nm拋光設(shè)備及工藝、配套材料產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目，研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后突破10余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，完成技術(shù)改進(jìn)50余項(xiàng)，申報(bào)國(guó)內(nèi)外專利43項(xiàng)，取得CMP基礎(chǔ)技術(shù)、應(yīng)用工藝、核心零部件、整機(jī)等多項(xiàng)成果，逐漸形成了完整的CMP技術(shù)體系。隨著設(shè)備進(jìn)入在線驗(yàn)證階段，表明前期的研發(fā)成果已經(jīng)得到用戶的認(rèn)可。

“在此之前，我們團(tuán)隊(duì)完成了中芯國(guó)際萬(wàn)片馬拉松的嚴(yán)格的離線驗(yàn)證，各項(xiàng)設(shè)備技術(shù)指標(biāo)，都達(dá)到了客戶上線驗(yàn)證的要求，才使我們的設(shè)備得以跨入主流大產(chǎn)線的驗(yàn)證。在接下來(lái)的6～9個(gè)月里，200mm CMP設(shè)備將正式接受大生產(chǎn)的考驗(yàn)。這是我們?cè)O(shè)備朝產(chǎn)業(yè)化方向邁出的關(guān)鍵一步，表明電科裝備45所將加入到國(guó)內(nèi)集成電路先進(jìn)設(shè)備供應(yīng)商的行列。“顧海洋說(shuō)。

同時(shí)，這也標(biāo)志著電科裝備45所向著集成電路核心裝備自主可控，擔(dān)起大國(guó)重器的責(zé)任，邁出了重要的一步。

從1到100 未來(lái)產(chǎn)業(yè)化挑戰(zhàn)嚴(yán)峻

200mmCMP在線驗(yàn)證只是成功開始的第一步。“設(shè)備進(jìn)入關(guān)鍵客戶大產(chǎn)線后，還有很多艱難的工作要面對(duì)，例如零部件的可靠性、軟件的穩(wěn)定性、客戶工藝要求的提升等。只有使設(shè)備能真正在客戶大生產(chǎn)線上正常運(yùn)行，為客戶創(chuàng)造價(jià)值才是商用機(jī)研發(fā)成功的真正標(biāo)志。”中電科電子裝備集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理、45所常務(wù)副所長(zhǎng)景璀對(duì)當(dāng)前的形勢(shì)有著清醒的認(rèn)識(shí)。

在接受記者采訪時(shí)景璀提出，國(guó)產(chǎn)設(shè)備的成功可以劃分成兩個(gè)階段：一是實(shí)現(xiàn)從0到1的突破;二是從1到100的成功。“如果今天的在線驗(yàn)證是從0到1突破的話，它非常關(guān)鍵，但是從1到100這個(gè)過(guò)程的挑戰(zhàn)將更加艱辛。”景璀說(shuō)。

顧海洋也表示，下一步電科裝備45所CMP團(tuán)隊(duì)至少將面臨三個(gè)方面的挑戰(zhàn)，包括持續(xù)調(diào)試和改進(jìn)設(shè)備技術(shù)、在線認(rèn)證通過(guò)后的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，以及為用戶提供優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)。“這些都是全新的挑戰(zhàn)，特別是產(chǎn)業(yè)化的挑戰(zhàn)，現(xiàn)在我們只是對(duì)一兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，未來(lái)進(jìn)入小批量生產(chǎn)后，如何保持產(chǎn)品的一致性，如何管理好自己的供應(yīng)商，都是需要解決的新問題。”顧海洋說(shuō)。

事實(shí)上，這些都是剛剛成長(zhǎng)起來(lái)的中國(guó)集成電路裝備企業(yè)需要面臨的問題。隨著《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》的發(fā)布，以及“國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金”的設(shè)立，國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)正在掀起一輪發(fā)展熱潮，也給中國(guó)集成電路裝備業(yè)提供了難得的發(fā)展機(jī)遇。根據(jù)SEMI估計(jì)，全球?qū)⒂?017年～2020年間投產(chǎn)62座半導(dǎo)體晶圓廠，其中26座設(shè)于中國(guó)大陸，占全球總數(shù)的42%。同時(shí)，國(guó)內(nèi)晶圓廠基本處于發(fā)展和贏利階段，有更多力量投入到與裝備企業(yè)的協(xié)同發(fā)展之中。

“中國(guó)集成電路裝備企業(yè)要抓住這次機(jī)會(huì)，也一定要抓住這次機(jī)會(huì)，加快發(fā)展步伐。集成電路產(chǎn)業(yè)是有一個(gè)有著冷熱周期的行業(yè)，一旦錯(cuò)過(guò)這次機(jī)會(huì)，市場(chǎng)進(jìn)入下行階段，再想發(fā)展就更加艱難了。”中芯國(guó)際資深副總裁張昕指出。

“設(shè)備—制造”協(xié)同 致力合作模式新探索

然而，中國(guó)集成電路裝備企業(yè)該如何抓住這次難得的發(fā)展機(jī)會(huì)呢?這是當(dāng)前各方致力探索解決的課題。

國(guó)家支持必不可少。對(duì)此，半導(dǎo)體專家莫大康曾經(jīng)提出在國(guó)家支持下，組建一條以國(guó)產(chǎn)裝備為主的8英寸生產(chǎn)線的設(shè)想。組建這樣一條生產(chǎn)線“將可全面審視國(guó)產(chǎn)設(shè)備在生產(chǎn)線中實(shí)戰(zhàn)的表現(xiàn)，積累國(guó)產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并加以不斷的完善……如果這條200mm生產(chǎn)線建立，表征中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備制造商由配角轉(zhuǎn)換到主角的時(shí)機(jī)到來(lái)，是一次質(zhì)的飛躍。”莫大康指出。

然而，除了需要國(guó)家從宏觀層面進(jìn)行支持之外，企業(yè)在微觀層面的探索也十分必要。“在這次合作中，我們有需求，設(shè)備制造單位有意愿，國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)良好的發(fā)展趨勢(shì)使我們兩家走到一塊。最早電科裝備45所找到我們了解需求，我們進(jìn)行了需求和技術(shù)交流，在電科裝備45所研發(fā)出商業(yè)機(jī)型后，我們又進(jìn)一步進(jìn)行了交流，包括我們的工程師現(xiàn)場(chǎng)考察，提出問題，他們改進(jìn)。等到他們拿出工藝數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為他們的設(shè)備達(dá)到了我們的要求，我們兩家一起進(jìn)行工藝測(cè)試，先后進(jìn)行4個(gè)批次近萬(wàn)片工藝試驗(yàn)，我們測(cè)試后達(dá)到工藝要求，這才允許他們的設(shè)備進(jìn)廠在線驗(yàn)證。進(jìn)廠前，我們也提出問題讓他們改進(jìn)，45所工程師到我們現(xiàn)場(chǎng)協(xié)商設(shè)備安裝事宜，包括以后進(jìn)廠驗(yàn)證的服務(wù)，我們一直在配合。”張昕對(duì)雙方的合作進(jìn)程進(jìn)行了詳細(xì)描述。

熟悉半導(dǎo)體制造的人都十分清楚，一臺(tái)新設(shè)備要想進(jìn)入大生產(chǎn)線將面臨什么樣的難度，從樣片提供、現(xiàn)場(chǎng)支持、工藝指導(dǎo)、移機(jī)協(xié)調(diào)，到3000片、5000片、1萬(wàn)片的離線工藝驗(yàn)證，在設(shè)備Move In后還要對(duì)設(shè)備進(jìn)行一系列測(cè)試調(diào)整，當(dāng)這些測(cè)試調(diào)整全部符合工藝參數(shù)的情況下，晶圓廠還要先用它做產(chǎn)品流片，在被產(chǎn)品驗(yàn)證之后，才會(huì)真正放到大生產(chǎn)線上，進(jìn)行大生產(chǎn)化。這樣才會(huì)進(jìn)行批量采購(gòu)。這個(gè)過(guò)程對(duì)一般的設(shè)備來(lái)說(shuō)都要6~9個(gè)月，對(duì)第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)設(shè)備來(lái)說(shuō)，需要的時(shí)間可能更長(zhǎng)。

而中芯國(guó)際與電科裝備45所在工作中相互互動(dòng)，相互協(xié)調(diào)，逐步探索建立起了一套有效的協(xié)同機(jī)制。這個(gè)機(jī)制的建立其中蘊(yùn)含的意義也許更加重大。

以CMP設(shè)備為契機(jī) 加快推進(jìn)裝備國(guó)產(chǎn)業(yè)進(jìn)程

隨著產(chǎn)品走向成熟，國(guó)產(chǎn)設(shè)備的市場(chǎng)前景是十分良好的。“國(guó)際上主流CMP設(shè)備廠商，如美國(guó)的應(yīng)用材料公司從2003年開始已經(jīng)停止了200mm CMP設(shè)備生產(chǎn)，主攻300mm CMP設(shè)備市場(chǎng)。因?yàn)楫?dāng)時(shí)認(rèn)為集成電路制造線將逐步轉(zhuǎn)向300mm制造線。但是，由于集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展各個(gè)國(guó)家、地區(qū)發(fā)展不平衡，加之亞太地區(qū)集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特別是我們國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，目前200mm與300mm制造線仍然并存。

從2010年開始，由于通信和移動(dòng)市場(chǎng)中的LCD驅(qū)動(dòng)、電源管理、指紋辨識(shí)等芯片的需求激增，特別是當(dāng)今汽車、物聯(lián)網(wǎng)芯片、MEMS器件和一些第三代半導(dǎo)體器件制造都是在200mm制造線上進(jìn)行，全球集成電路行業(yè)在200mm晶圓廠容量和200mm設(shè)備方面都嚴(yán)重短缺，芯片廠家一直在尋求擴(kuò)大200mm制造線的能力。在國(guó)內(nèi)，有許多擴(kuò)建或新建200mm生產(chǎn)線的計(jì)劃，但幾乎沒有任何新的或二手的200mm設(shè)備可用，而可找到的200mm設(shè)備，價(jià)格又比較高。在未來(lái)幾年內(nèi)，仍然存在200mm設(shè)備大量需求的市場(chǎng)空間，特別是在我們國(guó)內(nèi)。”顧海洋告訴記者。

景璀進(jìn)一步指出：“電科裝備45所是國(guó)內(nèi)專門從事集成電路關(guān)鍵裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的國(guó)家級(jí)重點(diǎn)科研生產(chǎn)單位。下一步我們將以CMP設(shè)備產(chǎn)業(yè)化為契機(jī)，加快推進(jìn)國(guó)產(chǎn)裝備的進(jìn)程。中電科電子裝備集團(tuán)有限公司在‘十三五集成電路裝備發(fā)展規(guī)劃’中提出重點(diǎn)突破、平臺(tái)支撐、局部成套、集成服務(wù)的發(fā)展規(guī)劃。我們將按照裝備集團(tuán)的發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃，通過(guò)‘集成電路裝備創(chuàng)新中心’的建設(shè)，在CMP設(shè)備、高端濕法設(shè)備、先進(jìn)封裝設(shè)備、離子注入機(jī)等核心裝備方面，形成產(chǎn)業(yè)化制造和集成服務(wù)，成為全球先進(jìn)的集成電路設(shè)備制造商，實(shí)現(xiàn)我們‘國(guó)內(nèi)卓越、世界一流’的目標(biāo)。”

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