先进封装设备——减薄机工艺分析及厂商盘点

随着器件小型化的需求，芯片封装的厚度持续减薄，超薄晶圆因其高集成度、低功耗和卓越性能，已成为半导体产业发展的关键材料之一。晶圆的超薄化是行业的必然趋势。在先进的多层封装技术(例如2.5D和3D封装)中，所需的芯片厚度通常低于100um，甚至低至30um。然而，超薄晶圆由于其柔软性、较低的刚性和易脆性，对减薄设备的精度和工艺控制提出了极高的挑战。

晶圆减薄工艺原理

指在圆片背面采用机械或化学机械方式进行研磨，将圆片减薄到适合封装的程度。其原理主要是通过机械研磨、化学腐蚀、干法刻蚀等方法来去除晶圆表面的材料。在减薄过程中，需要严格控制晶圆的平整度和厚度，以确保晶圆的质量和性能。晶圆减薄机是实现晶圆减薄工艺的关键设备。

化学机械抛光原理图

晶圆减薄工艺分类

根据不同的工艺方法主要分为应力释放法、磨削法和TAIKO。

1. 应力释放法：通过化学和机械工艺去除由研磨造成的研磨面内部损伤和晶圆翘曲。

2. 磨削法：通过金刚砂轮和吸附圆片的多孔陶瓷吸盘，以相反的方向旋转，将硅片磨削变薄，并用纯水带走磨削下来的硅渣。

3.TAIKO：与背面研削不同，该工艺本质上是一种新型磨削法，它保留晶圆外缘部分，只对圆内进行研削薄型化

TAIKO工艺原理图，来源DISCO

减薄机的精度指标

晶圆厚度一般约为750μm，可将晶圆减薄至100um左右（最厚的晶圆用于逻辑门，厚度为100µm），以确保机械稳定性并防止高温加工过程中的翘曲。随着3D封装应用逐渐增多，要求晶圆厚度减薄至50-100um甚至50um以下，将显著增加对减薄设备的品质需求。DRAM内存通常需要厚度为50um的晶圆。MEMS 存储器的厚度通常约为30µm。对晶圆背面研磨工艺的描述是高水平的，但整个制造工艺受到非常严格的控制：

• 衡量减薄机最粗暴的技术指标晶圆厚度精度，片内（TTV）厚度和片间（WTW）厚度。目前全球最顶级的研磨设备为东京精密HRG3000RMX，精度为TTV/WTW 0.5μm，独占鳌头；国内最高精度为华海清科 Versatile-GP300TTV＜1μm，中电科WG1261 WTW≤2μm，步步紧逼。

• 晶圆表面粗糙度要求、晶圆表面损伤层厚度（SSD）要求、晶圆厚度一致性要求；

• 其他指标。

薄硅片 图源：wevolver

2023 年我国进口研磨机金额为 4.4 亿美元，同比+16%，2017-2023 年CAGR 为 18%。2024H1，我国进口减薄机的均价约 450 万元人民币/台，接近国产减薄机价格的 1.5 倍。全球减薄设备主要由日本企业主导，主要包括日本 DISCO、东京精密、德国G&N 等，国内企业有华海清科、晶盛机电、中国电科等。下面小编介绍一下主要的减薄机厂商，不完全统计，欢迎补充。

减薄机厂商

日本DISCO

日本DISCO成立于1937 年，多年来专注于“Kiru (切)、Kezuru (磨)、Migaku (抛)”领域，形成了半导体切、磨、抛装备材料完善的产品布局。DISCO的减薄机采用TAIKO工艺，与以往的背面研削不同，TAIKO在对晶圆进行研削时，将保留晶圆外围边缘部分（约3mm左右），只对圆内进行研削薄型化的技术。其畅销机型DGP8760 的升级款 DGP8761 型减薄机，可通过背面研削到去除应力的一体化，高效稳定地实现厚度在 25μm以下的晶圆减薄加工。

减薄设备：包含研磨机（Grinders）、抛光机（Polishers）、研磨抛光一体机（Grinder/Polisher）、表面平坦机（Surface Planer）、晶圆贴膜机（Tape Mounter）。研磨机型有DFG8340、DFG8540/41、DFG8560、DFG8640、DFG8830、DGP8761；抛光机型有DFP8140、DFP8141、DFP8160、DAG810。

DGP8761 型减薄机

东京精密

东京精密成立于1949年，硅片背面抛光机是其核心业务之一。减薄研磨机源自ACCRETECH独特的设想，可实现各种IC卡、SiP、三维封装技术中要求的薄片化、去除损伤的一体化设备。

Accretech的PG系列可以抛光超薄晶圆，和RM系统的连接，可以在下料时给晶圆背面自动贴上切割胶带。减薄研磨机代表型号有PG3000 RMX 是实现15um厚度晶圆量产的高度集成化一体机。

PG3000 RMX

针对碳化硅，东京精密推出了高精度和高刚性的研磨机HRG3000RMX（TTV 0.5μm，WTW，±0.5μm），全自动高刚性三轴研磨机具备可实现快速无损伤的镜面加工。另外一款全自动高刚性双轴研磨机HRG200X，具备高精度（TTV 1μm，WTW ±1μm）可实现在短时间之内的无损加工。其他型号还有HRG3000XF、PG3000RMX series，CMP设备是 ChaMP 211。

HRG3000RMX

德国G&N

德国G&N公司前身为1940年成立的德国Kugelmüller有限公司，并于1964年开发了世界第一台半导体晶圆研磨机。减薄研磨机有型号MPS2 R300 CV、MPS R400 CV、MPS R400 CV TWIN、MPS RC Vacuum 。可实现TTV≤3um，片差厚度≤2μm。主要用于对半导体晶圆进行减薄与精密研磨。

MPS R400 CV型晶圆研磨机是德国G&N公司开发的一款8寸晶圆研磨/减薄系统，适合科研客户及小批量生产客户。可研磨多种半导体材料，如Si，SiC等。

华海清科

华海清科成立于2013年，减薄装备有Versatile-GP300和Versatile-GM300。

在今年9月，华海清科发布公告，自公司2023年推出12英寸超精密晶圆减薄机Versatile-GP300量产机台以来，公司积极推进客户端导入工作，该机型已发往存储、先进封装、CIS等不同工艺的客户端进行验证。近日已完成首台验证工作。

Versatile-GP300是业内首次实现12英寸晶圆超精密磨削和CMP全局平坦化的有机整合集成设备，自主研发的超精密晶圆磨削系统稳定实现12英寸晶圆片内磨削TTV＜1um，达到了国内领先和国际先进水平。华海清科创新开发的CMP多区压力智能控制系统，突破传统减薄机的精度限制，实现了减薄工艺全过程的稳定可控。

公司还表示，目前减薄装备已取得多个领域头部企业的批量订单，公司正按照客户及订单时间要求进行机台交付，预计部分机台将在2024年下半年实现验收。

晶盛机电

晶盛机电成立于2006年，在先进封装领域，目前在晶圆减薄机环节公司已实现“设备+耗材+零部件”的一体化布局。设备方面，2023年2月三轴-减薄抛光机样机demo、2023年9月减薄抛光+撕贴膜机wafer demo、2024年8月新型WGP12T减薄抛光机实现12英寸30μm超薄晶圆稳定加工、2024年9月三轴-减薄抛光HC即将推出样机。

在今年8月宣布公司研发的新型WGP12T减薄抛光设备成功实现了稳定加工12英寸30μm超薄晶圆。该设备使晶圆在设备上能减薄抛光至30μm厚度以下，确保晶圆的表面平整度和粗糙度的同时，成功解决了超薄晶圆减薄加工过程中出现的变形、裂纹、污染等难题。未来在先进封装扩产带动下，公司的晶圆减薄机有望快速放量。

新型WGP12T减薄抛光设备

中国电科

中国电科成立于2002年，公司承接国家02专项“300mm超薄晶圆减薄抛光一体机研发与产业化“项目在2020年4月通过科技部正式验收，标志着国内在集成电路高端装备自主创新进程上实现新的突破。中科电减薄一体机是国内首台拥有自主知识产权并满足大生产的300mm减薄抛光一体机，具备晶圆粗磨、精磨、非接触测量、抛光、清洗、传输和保护膜处理等全自动流片能力。目前已出货的型号有WG-8501、WG-1251、WG-8500、WG-1220、WG-6110、WG-1250。

2023年6月北京中电科电子装备有限公司碳化硅全自动减薄机WG1261顺利交付并批量市场销售。可以实现碳化硅晶圆100微米以下的超精密磨削，领先国内水平，与国际水平相当。

京创先进

京创先进成立于2013年，聚焦在高精密切、磨、抛技术领域，深入布局划片、减薄、抛光设备三大产品线。

在今年3月的SEMICON CHINA 2024展览会上，京创先进展示了全新机型——AG9500全自动减薄设备。该设备兼容8-12英寸超薄晶圆的加工，双主轴配置，可实现全自动-半自动模式的切换，多工位协同工作，加工效率高。

公司其他机型还有AG6800和AG7500。实现单片晶圆内的厚度差1.5μm以下，不同晶圆间的厚度差±3μm以下。

来源：华福证券、东吴证券、未来半导体等及其他网络资料，侵删

原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：先进封装设备——减薄机工艺分析及厂商盘点