先進封裝設備——減薄機工藝分析及廠商盤點

隨著器件小型化的需求，芯片封裝的厚度持續減薄，超薄晶圓因其高集成度、低功耗和卓越性能，已成為半導體產業發展的關鍵材料之一。晶圓的超薄化是行業的必然趨勢。在先進的多層封裝技術(例如2.5D和3D封裝)中，所需的芯片厚度通常低于100um，甚至低至30um。然而，超薄晶圓由于其柔軟性、較低的剛性和易脆性，對減薄設備的精度和工藝控制提出了極高的挑戰。

晶圓減薄工藝原理

指在圓片背面采用機械或化學機械方式進行研磨，將圓片減薄到適合封裝的程度。其原理主要是通過機械研磨、化學腐蝕、干法刻蝕等方法來去除晶圓表面的材料。在減薄過程中，需要嚴格控制晶圓的平整度和厚度，以確保晶圓的質量和性能。晶圓減薄機是實現晶圓減薄工藝的關鍵設備。

化學機械拋光原理圖

晶圓減薄工藝分類

根據不同的工藝方法主要分為應力釋放法、磨削法和TAIKO。

1. 應力釋放法：通過化學和機械工藝去除由研磨造成的研磨面內部損傷和晶圓翹曲。

2. 磨削法：通過金剛砂輪和吸附圓片的多孔陶瓷吸盤，以相反的方向旋轉，將硅片磨削變薄，并用純水帶走磨削下來的硅渣。

3.TAIKO：與背面研削不同，該工藝本質上是一種新型磨削法，它保留晶圓外緣部分，只對圓內進行研削薄型化

TAIKO工藝原理圖，來源DISCO

減薄機的精度指標

晶圓厚度一般約為750μm，可將晶圓減薄至100um左右（最厚的晶圓用于邏輯門，厚度為100μm），以確保機械穩定性并防止高溫加工過程中的翹曲。隨著3D封裝應用逐漸增多，要求晶圓厚度減薄至50-100um甚至50um以下，將顯著增加對減薄設備的品質需求。DRAM內存通常需要厚度為50um的晶圓。MEMS 存儲器的厚度通常約為30μm。對晶圓背面研磨工藝的描述是高水平的，但整個制造工藝受到非常嚴格的控制：

• 衡量減薄機最粗暴的技術指標晶圓厚度精度，片內（TTV）厚度和片間（WTW）厚度。目前全球最頂級的研磨設備為東京精密HRG3000RMX，精度為TTV/WTW 0.5μm，獨占鰲頭；國內最高精度為華海清科 Versatile-GP300TTV＜1μm，中電科WG1261 WTW≤2μm，步步緊逼。

• 晶圓表面粗糙度要求、晶圓表面損傷層厚度（SSD）要求、晶圓厚度一致性要求；

• 其他指標。

薄硅片 圖源：wevolver

2023 年我國進口研磨機金額為 4.4 億美元，同比+16%，2017-2023 年CAGR 為 18%。2024H1，我國進口減薄機的均價約 450 萬元人民幣/臺，接近國產減薄機價格的 1.5 倍。全球減薄設備主要由日本企業主導，主要包括日本 DISCO、東京精密、德國G&N 等，國內企業有華海清科、晶盛機電、中國電科等。下面小編介紹一下主要的減薄機廠商，不完全統計，歡迎補充。

減薄機廠商

日本DISCO

日本DISCO成立于1937 年，多年來專注于“Kiru (切)、Kezuru (磨)、Migaku (拋)”領域，形成了半導體切、磨、拋裝備材料完善的產品布局。DISCO的減薄機采用TAIKO工藝，與以往的背面研削不同，TAIKO在對晶圓進行研削時，將保留晶圓外圍邊緣部分（約3mm左右），只對圓內進行研削薄型化的技術。其暢銷機型DGP8760 的升級款 DGP8761 型減薄機，可通過背面研削到去除應力的一體化，高效穩定地實現厚度在 25μm以下的晶圓減薄加工。

減薄設備：包含研磨機（Grinders）、拋光機（Polishers）、研磨拋光一體機（Grinder/Polisher）、表面平坦機（Surface Planer）、晶圓貼膜機（Tape Mounter）。研磨機型有DFG8340、DFG8540/41、DFG8560、DFG8640、DFG8830、DGP8761；拋光機型有DFP8140、DFP8141、DFP8160、DAG810。

DGP8761 型減薄機

東京精密

東京精密成立于1949年，硅片背面拋光機是其核心業務之一。減薄研磨機源自ACCRETECH獨特的設想，可實現各種IC卡、SiP、三維封裝技術中要求的薄片化、去除損傷的一體化設備。

Accretech的PG系列可以拋光超薄晶圓，和RM系統的連接，可以在下料時給晶圓背面自動貼上切割膠帶。減薄研磨機代表型號有PG3000 RMX 是實現15um厚度晶圓量產的高度集成化一體機。

PG3000 RMX

針對碳化硅，東京精密推出了高精度和高剛性的研磨機HRG3000RMX（TTV 0.5μm，WTW，±0.5μm），全自動高剛性三軸研磨機具備可實現快速無損傷的鏡面加工。另外一款全自動高剛性雙軸研磨機HRG200X，具備高精度（TTV 1μm，WTW ±1μm）可實現在短時間之內的無損加工。其他型號還有HRG3000XF、PG3000RMX series，CMP設備是 ChaMP 211。

HRG3000RMX

德國G&N

德國G&N公司前身為1940年成立的德國Kugelmüller有限公司，并于1964年開發了世界第一臺半導體晶圓研磨機。減薄研磨機有型號MPS2 R300 CV、MPS R400 CV、MPS R400 CV TWIN、MPS RC Vacuum 。可實現TTV≤3um，片差厚度≤2μm。主要用于對半導體晶圓進行減薄與精密研磨。

MPS R400 CV型晶圓研磨機是德國G&N公司開發的一款8寸晶圓研磨/減薄系統，適合科研客戶及小批量生產客戶。可研磨多種半導體材料，如Si，SiC等。

華海清科

華海清科成立于2013年，減薄裝備有Versatile-GP300和Versatile-GM300。

在今年9月，華海清科發布公告，自公司2023年推出12英寸超精密晶圓減薄機Versatile-GP300量產機臺以來，公司積極推進客戶端導入工作，該機型已發往存儲、先進封裝、CIS等不同工藝的客戶端進行驗證。近日已完成首臺驗證工作。

Versatile-GP300是業內首次實現12英寸晶圓超精密磨削和CMP全局平坦化的有機整合集成設備，自主研發的超精密晶圓磨削系統穩定實現12英寸晶圓片內磨削TTV＜1um，達到了國內領先和國際先進水平。華海清科創新開發的CMP多區壓力智能控制系統，突破傳統減薄機的精度限制，實現了減薄工藝全過程的穩定可控。

公司還表示，目前減薄裝備已取得多個領域頭部企業的批量訂單，公司正按照客戶及訂單時間要求進行機臺交付，預計部分機臺將在2024年下半年實現驗收。

晶盛機電

晶盛機電成立于2006年，在先進封裝領域，目前在晶圓減薄機環節公司已實現“設備+耗材+零部件”的一體化布局。設備方面，2023年2月三軸-減薄拋光機樣機demo、2023年9月減薄拋光+撕貼膜機wafer demo、2024年8月新型WGP12T減薄拋光機實現12英寸30μm超薄晶圓穩定加工、2024年9月三軸-減薄拋光HC即將推出樣機。

在今年8月宣布公司研發的新型WGP12T減薄拋光設備成功實現了穩定加工12英寸30μm超薄晶圓。該設備使晶圓在設備上能減薄拋光至30μm厚度以下，確保晶圓的表面平整度和粗糙度的同時，成功解決了超薄晶圓減薄加工過程中出現的變形、裂紋、污染等難題。未來在先進封裝擴產帶動下，公司的晶圓減薄機有望快速放量。

新型WGP12T減薄拋光設備

中國電科

中國電科成立于2002年，公司承接國家02專項“300mm超薄晶圓減薄拋光一體機研發與產業化“項目在2020年4月通過科技部正式驗收，標志著國內在集成電路高端裝備自主創新進程上實現新的突破。中科電減薄一體機是國內首臺擁有自主知識產權并滿足大生產的300mm減薄拋光一體機，具備晶圓粗磨、精磨、非接觸測量、拋光、清洗、傳輸和保護膜處理等全自動流片能力。目前已出貨的型號有WG-8501、WG-1251、WG-8500、WG-1220、WG-6110、WG-1250。

2023年6月北京中電科電子裝備有限公司碳化硅全自動減薄機WG1261順利交付并批量市場銷售。可以實現碳化硅晶圓100微米以下的超精密磨削，領先國內水平，與國際水平相當。

京創先進

京創先進成立于2013年，聚焦在高精密切、磨、拋技術領域，深入布局劃片、減薄、拋光設備三大產品線。

在今年3月的SEMICON CHINA 2024展覽會上，京創先進展示了全新機型——AG9500全自動減薄設備。該設備兼容8-12英寸超薄晶圓的加工，雙主軸配置，可實現全自動-半自動模式的切換，多工位協同工作，加工效率高。

公司其他機型還有AG6800和AG7500。實現單片晶圓內的厚度差1.5μm以下，不同晶圓間的厚度差±3μm以下。

來源：華福證券、東吳證券、未來半導體等及其他網絡資料，侵刪

原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：先進封裝設備——減薄機工藝分析及廠商盤點