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七大技术平台(五)丨金刚石工具加工技术平台:大盘取厚势 落子开新局

七大技术平台(五)丨金刚石工具加工技术平台:大盘取厚势 落子开新局 鼎龙控股集团
2022-01-21
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导读:金刚石工具加工技术平台。



2018年底,我国自主培养的第一位粉末冶金专业博士叶宏煜先生第一次来到鼎龙,在鼎龙自建的CMP评价实验室外墙上,看到了一张CMP抛光耗材及原理图,图中的“钻石碟”引起了他的注意。

这一精密金刚石工具对从业30多年的叶博士来说并不陌生,这款产品刚在国外问世时,他就在心里种下了一颗实现钻石修整盘国产化的种子。

当时的鼎龙在CMP抛光垫领域深耕了多年,是国内唯一一家能够和国外大公司抗衡的民营企业,但一直没有找到和自产抛光垫高度匹配的钻石修整盘。鼎龙的境遇让叶博士心里的种子发了芽,他当即承诺“这个钻石碟我们可以做,我们肯定能够做出来!”

叶宏煜博士在鼎龙的一句承诺,让实现钻石修整盘国产化的想法就这样落锤定音,鼎龙金刚石工具加工技术平台也在同年成立。


01
“矛”与“盾”
完美结合

鼎龙体系的金刚石工具加工技术平台,是七大技术平台中最“年轻”的,但这个平台是带着叶博士30年的金刚石整形选型及加工技术经验,和鼎龙在CMP领域多年的应用评价资源筹建的。

金刚石工具加工技术平台的筹建,让鼎龙生产的抛光垫找到了最合适的钻石碟。但同时,钻石修整盘的研发就像一把“矛”,指向了抛光垫市场的这块“盾”。

钻石修整盘是CMP工艺的关键组成部分,主要作用是对抛光垫进行修整,清理抛光垫表面磨屑,防止抛光垫表面釉化,使抛光垫表层结构满足制程需求,保证抛光工艺的稳定性和重复性。

2018年,鼎龙CMP抛光垫在国内市场刚刚得到认可。但在应用阶段,鼎龙生产的抛光垫并没有发挥最大性能,经过排查发现是客户端搭配使用的国外钻石修整盘和鼎龙生产的抛光垫不匹配,导致抛光速率低且不稳定,阻碍了鼎龙生产的抛光垫发挥最好的性能,缩短了抛光垫的使用寿命。

抛光垫如果搭载匹配度高的钻石修整盘,可以在不过度消耗抛光垫的情况下,保持抛光垫表面粗糙,状态稳定,保证抛光性能的同时可以大幅延长抛光垫寿命。对于客户而言,抛光垫和钻石修整盘的高度匹配,不仅有利于提高抛光性能,增加效率,而且可以有效降低成本。对于鼎龙而言,最明显的影响就是抛光垫的出货量会减少。

但这对“矛盾关系”并没有影响鼎龙站在客户角度想问题的决策,义无反顾开始寻求和鼎龙抛光垫最匹配的钻石修整盘。鼎龙高层亲自带队前往国外最大的钻石修整盘生产商进行商洽,希望对方能够制备出和鼎龙抛光垫高度匹配的钻石修整盘。但当时的鼎龙只是一个在CMP抛光垫领域刚刚起步的企业,产品在国内和国际市场都没有成为主流,对方作为钻石修整盘领域的国际巨头公司希望和当时市场上的主流抛光垫做匹配。

无功而返后,鼎龙和国内金刚石工具领域的专家叶宏煜博士相遇,并共同筹建金刚石工具加工技术平台。经过2年的研发,该平台量产了第一款产品,钎焊工艺的钻石修整盘。这款产品和鼎龙自产的抛光垫实现了完美配合,抛光垫和钻石碟的寿命都大幅延长,给客户带来了最好的结果。

在客户面前,鼎龙放下了抛光垫的“市场之盾”,让钻石碟的“研发之矛”发挥了最大的作用,和鼎龙抛光垫实现了最完美的结合。


02
筹建平台
“补短板”

叶宏煜是1991年毕业于北京科技大学的工学博士,也是国内粉末冶金方向的第一个博士,毕业后一直从事超硬材料的研究和生产管理工作,连任6届中国超硬材料协会专家委员会委员,是国内公认的超硬材料行业的领导者、引路人。

2000年,他创立武汉万邦激光金刚石工具股份有限公司,在中国金刚石工具行业处于技术引领地位,是在北美市场唯一拥有自主品牌的中国金刚石工具企业。

世界上90%的人造钻石都产于中国,中国不仅在钻石合成方面的技术完全领先,超硬材料行业的整体技术水平也领先世界。但是,在半导体行业这个细分领域的金刚石工具是国内的短板。

“短板并不是技术力量和人才力量达不到造成的,更多是因为市场没有给我们这样的一个机会。”叶博士初次来到鼎龙,不仅了解到国内半导体行业突飞猛进的发展速度,同时也看到鼎龙在半导体材料领域的市场积累,这是让他当即作出和鼎龙合作研发钻石碟的重要因素。

国外生产商对钻石修整盘的生产装备和工艺路线高度保密,金刚石工具加工技术平台从一开始就走自主创新的研发道路,突破了从金刚石选型、表面处理、均布到工艺制备层层关键技术难点。

2020年底,叶博士带队筹建的金刚石工具加工技术平台很快研发出钎焊(烧结)、电镀两种主流的钻石修整盘制备工艺,年产50万颗钻石修整盘全智能、自动化产线建成投产。可生产钻石粒度为80μm-300μm、PCR为3-30 克/小时的钻石修整盘,满足不同用途的CMP制程。


03
产品寿命
超国外30%~50%

事实上,这两种工艺对于团队来说并不陌生,早在2004年,团队就研发了用于石材加工行业的真空钎焊工艺制造的金刚石磨盘,和用于玻璃加工行业的电镀工艺制造的金刚石孔钻及磨轮。

钻石修整盘虽然也是金刚石工具,但是应用于半导体行业的耗材,对于技术和市场进入门槛的要求也更高。相比于叶博士团队之前所做的孕镶式金刚石工具,对研发制造钻石修整盘这种表镶式精密金刚石工具带来了技术基础,但也迎来了新的挑战。

钎焊和电镀两种工艺各有优缺点。电镀工艺在低温下进行,因此对金刚石损伤较小。但电镀是机械包裹,镍层对钻石的把持力比较低,金刚石整体脱落风险较大;为了增加把持力,就需要提高镍层高度,这样就造成出刃高度低,影响切削能力。钎焊工艺的钻石把持力较强,出刃高度高,钻石不易整体脱落。但高温会对金刚石颗粒有损伤,有缺陷的金刚石颗粒在高温下有产生裂纹的风险,对金刚石的品级要求高。

不同制备工艺的钻石修整盘性钻石固定方式和金刚石选型不同。钻石修整盘的基体是一个直径为100-108mm的圆盘,不仅要在基体上均布几十万颗金刚石,而且要控制金刚石零脱落,避免金刚石颗粒的脱落或破碎划伤晶圆,造成重大损失。

为了保证钻石零脱落,保障CMP过程的安全性,叶博士带领团队攻克了世界级难度的隐形战斗机隐形涂料喷涂技术。这种喷涂技术来源于隐形战斗机的制备工艺,除了美国以外,其他国家都没有掌握或者使用这个技术。所以国外的钻石修整盘制造商,即使理解了这个技术,也没有办法采用这个工艺。

影响钻石修整盘性能的因素很多,但最基础、影响最大的是钻石晶型。叶博士和团队带着30年的金刚石选型经验,所选择的都是高纯度的完整晶型钻石。目前,平台的每一块钻石碟钻石缺位率维持在1%以下。

短短两年时间里,叶博士带领的金刚石工具加工技术团队研发的14款钻石修整盘产品,基本覆盖了目前国内CMP用的修整盘型号,产品在多家客户端测试,产品性能相比于国际巨头公司更强,产品寿命超过国外30%~50%。



鼎龙在经历了“研发之苦”和“合作之难”后,与叶博士相遇。筹建了“金刚石工具加工技术平台”,在CMP抛光耗材领域迎来了新的历史性机遇。金刚石工具加工技术平台打通了鼎龙在CMP四大耗材领域中的“最后一关”,让鼎龙多年来在半导体材料领域量的积累终于产生了质变,成为全球唯一同时可系统供应4种CMP材料的企业,实现了“一体化”“定制化”“高匹配”的国产替代。


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鼎龙控股集团
鼎龙控股集团,专业从事集成电路芯片及制程工艺材料、光电显示材料、打印复印耗材等研发、生产及服务的国家高新技术企业、国家创新型企业、创业板上市公司(股票代码:300054),旗下拥有10多家全资及参控股子公司。
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