华睿投资 丨 《睿观点》系列

睿智创造价值  服务助推成长

文 | 先进装备投资总监 王海栋

自中兴事件以来，国内对于先进科技领域的自主化呼声就愈来愈高；尤其是集成电路，作为技术最密集的行业之一，受到广泛关注。尖端芯片的生产制造绕不开两个核心点，生产设备（保证工艺）和特种材料，这两个领域技术门槛高，同时也是行业制高点，可以起到控制他国集成电路发展速度的作用。虽然从02专项开始，国家在这两个方向上每年投入数十亿专项资金扶持，但是收效甚微；业界也一度认为这两个核心环节只适合国有资金参与，不过经过我们的分析研究，在半导体七大核心前端设备中，CMP是最适合民营资本参与的项目之一。下面我们对于七大核心设备中的化学研磨设备（CMP）进行详细介绍：

 一、为什么CMP设备越来越重要？

硅表面起伏问题

随着半导体尺寸不断减小，布线层数不断增加，对平坦化的要求也相应愈加变高。如果平坦化处理未到位，同层金属薄膜由于厚度不均导致电阻值不同，引起电致迁移造成电路短路。起伏不平的晶片表面还会使得光刻时无法准确对焦，导致线宽控制失效，严重限制了布线层数，降低集成电路的使用性能。

一、未平坦化

二、局部平坦化：完全填充较小缝隙或局部区域。相对于平整区域的总台阶高度未显著减小。

三、全部平坦化：局部平坦化且整个硅片表面总台阶高度显著减小。

CMP的作用

CMP技术即化学机械抛光，是目前效果最好、应用最广泛的平坦化技术。在不同平坦化技术的比较中，CMP技术的平坦技术表现远超过其他技术， 是目前能够实现有效全局平坦化的唯一技术。目前产业内对于0.35um及以下的器件必须进行全局平坦化，而 CMP 技术具有能够全局平坦化、能够平坦化不同的材料、能去除表面缺陷、改善金属台阶覆盖及其相关可靠性、使更小的芯片尺寸增加层数变为可能等多重优点，因此得到了广泛的认可和应用。

 二、CMP设备中需要关注的点

CPM主要影响因素

1.工艺参数：

抛光速度：要选择合适的抛光速度，若抛光速度过高，使抛光液的润滑作用过强，材料去除率可能会下降，并且容易造成过抛，引起芯片断路，造成灾难性的后果，或引起缺陷，影响全局平整化效果。

抛光压力：在抛光过程中，压力必须分布均匀，会造成表面各点的抛光速率不同，引起缺陷。

抛光液流量：如果抛光液流量过低，不能及时带走抛光下来的化学反应物，如果抛光液流量过高，不经济。

抛光时间：为防止过抛，根据去除率选择抛光时间，一般为1-3分钟。

2.抛光液：

抛光液的成分决定着抛光液的性能，影响其成分的主要因素有络合剂、表面活性剂、氧化剂、pH值等。

络合剂：能与金属离子形成络合离子的化合物，在CMP中主要作用是与表面的氧化物结合生成可溶性物质，防止对抛光表面产划伤。

表面活性剂：以适当的浓度和形式存在于环境（介质）中时，可以减缓或加速材料腐蚀，得到较好的表面平坦化效果。

氧化剂：能够快速地在加工表面形成一层软氧化膜，表面膜的存在可以降低表面的硬度，便于后续的机械去除，从而提高抛光效率和表面平整度。

pH值：决定了最基本的抛光加工环境，会对表面膜的形成、材料的去除分解及溶解度、抛光液的粘性等方面造成影响。

3.抛光垫：

抛光垫则是抛光液外的另一个重要消耗材。由于集成电路工艺的目的是平坦化，不同于传统光学玻璃与硅晶片的抛光作用。平坦化的作用即要将晶片表面轮廓凸出部份削平，达到全面平坦化。理想的抛光垫是触及凸出面而不触及凹面，达到迅速平坦化的效果。因此光学玻璃所使用的抛光垫，并不适合集成电路平坦化的工艺需求。就抛光垫的应用言，对材料化学性质的需求较为单纯，一般只要耐酸碱，有一定的稳定性。但对其物理性质的要求较为严格。

CMP设备中的难点

1. 速率的变异最小化

在晶圆表面堆叠的不同薄膜各自具有不同的硬度，需以不同的速率进行研磨。这可能会导致「凹陷」现象，也就是较软的部分会凹到较硬材料的平面之下。为了弥补这个情形，可添加化学物 (也就是CMP中的C) 使较硬和较软材料之间的材料去除速率的变异最小化。

2.抛光温度控制

抛光盘做功，温度升高，从而加快化学反应速度，造成化学作用与机械作用均无法达到满足实际需要的平衡点，因而抛光去除率会出现不均匀情况。故需要利用温度计进行实时检测，用冷却控制单元实施有效控制，获得恒温冷却循环水，控制抛光盘温度。

3.多个点持续地量测薄膜厚度

不论进来的薄膜的均匀度如何，为确保从整个300mm晶圆均匀地移除物质，以及製程会停止在正确点上以免把关键的底层功能也研磨掉，应用材料公司开发了先进的控制系统，能在整个晶圆的多个点持续地量测薄膜厚度，并每秒调整研磨下压力多次，每次都让每片晶圆有一致的研磨结果。

4.批量生产的需要

整个的CMP制程只要短短的30秒就能完成，包括退出CMP系统前在洗涤、冲洗和干燥晶圆制程中进行后研磨清洁。

 三、CMP的市场竞争

根据technavio的统计数据，2016年全球CMP设备市场规模为14亿美金，其中300mm设备超过9亿美金，预计到2021年，全球CMP设备市场将增长到19亿美金，其中亚洲市场有望超过16亿美金。

CMP抛光机需求量大，集中度高，目前美国公司AMAT和日本公司EBARA两家公司合计市占率超90%。国内生产CMP设备的团队主要是华海清科、中电48所和杭州众硅，目前华海清科的设备主要用于硅片前处理，中电48所的项目负责人顾海洋在完成02专项结题后离职创立了杭州众硅，目前杭州众硅已经完成了200mm的样机。

晶圆设备国产化势在必行。目前CMP200mm的专利全部已经过期，300mm的专利部分过期，又恰逢国内晶圆厂建设潮，目前时间点是一个非常好的切入时机。

CMD设备对于半导体工艺更新的要求并不如光刻机、刻蚀机、薄膜设备等敏感，这使得项目的研发投入大大减少。设备国产化，需避免闭门造车的窘境，机械行业属于典型的创新难、更新慢的行业，借鉴AMAT和EBARA的技术，聘任其团队，能避免很多弯路，大幅增加项目成功率。

四、华睿的先进装备布局

装备业是国民经济的基础，华睿投资始终把装备产业放在优先的投资方向。

在能源装备方向，华睿投资先后投资民营水轮发电机组装备龙头浙富股份、风电自主创新代表运达风电、火电关键部件申科股份以及LED装备中为光电，其中浙富股份（002266）已经于2008年上市，申科股份（002633）于2011年上市，运达股份已经上市申报，中为光电被晶盛机电收购。

在数控机床领域，华睿投资先后投资慈星数控、凯达数控等关键企业，慈星股份（300307）已于2012年上市，凯达机床也已经成为国家数控车床的代表性企业。

在机器人方向，华睿投资把机器人关键零部件作为投资重点，华睿投资项目深圳雷赛科技在机器人伺服、控制、驱动三个重要产业节点拥有话语权，增长迅速，已经成为一家准上市公司。

在工业检测装备领域，华睿投资先后投资远方光电、安车检测、赤霄科技等项目，远方光电（300306）是照明领域当之无愧的全球领军企业，安车检测（300572）是车辆检测领域当之无愧的领军企业，赤霄科技是表面质量检测的后起之秀。

在医疗装备方向，华睿先后投资美时医疗、诺尔康神经电子、法博激光等项目，分别在宠物核磁共振、儿科核磁共振、妇科核磁共振、人工耳蜗、激光微创手术刀等领域已经崭露头角。

未来，华睿投资将以更加清晰的战略与更为稳健的步伐，投出更多具有高价值的项目。