项目简介

后摩尔时代，传统芯片制造方式趋近物理极限，三维集成芯片（3D IC）技术成为芯片性能突破的重要方向。3D IC工艺需在多片晶圆完成电路制作，通过键合堆叠后对背面进行高精度减薄，通常需要减薄至10 μm以下，全局厚度偏差（TTV）控制到亚微米，以实现多层堆叠与芯片可靠互连，晶圆减薄装备已成为3D IC制造最重要的工业母机之一。然而，传统的减薄装备面临精度瓶颈，难以满足3D IC最新发展要求，严重制约我国3D IC制造的自主可控。本项目跳出以单一磨削为主的传统减薄加工模式，以更高精度目标为导向，创新地提出磨削减薄-CMP-清洗一体化架构设计思路，颠覆了传统减薄加工模式，并通过核心硬件、智能控制、系统工艺等多维度创新设计，成功研制出3D IC制造用的超精密减薄装备，实现3D IC减薄加工精度突破。其主要设计创新如下：

（1）设计了磨削减薄-CMP-清洗一体化的全新减薄工艺模式，实现了跨洁净等级多系统集成。设计了按模组洁净等级串行的紧凑布局，通过多机械手协作实现了复杂工艺模块的连通；采用了跨区域预清洗、封闭腔室气流独立控制和正压洁净气流主动控制三重设计保障，有效避免了交叉污染，实现了系统集成。

（2）设计了一种在有限空间实现高刚性的半包围式主轴支撑结构，提高了磨削单元刚性与加工稳定性。设计了凹形立柱结构对主轴进行半包围支撑，通过缩短力臂减小加工过程受力变形，相较传统磨削减薄单元刚性提升约30%。基于此，设计了多模组总体高刚性磨削单元结构，大幅提升了减薄加工精度。

（3）设计了磨削-CMP联动双闭环面形智能调控系统，通过晶圆面形的两级精准调控实现精度突破。通过共享磨、抛加工后晶圆面形数据，实现在磨削和CMP加工中分别精准调控面形，全流程加工后晶圆TTV小于0.7 μm (平均0.5 μm，最优0.2 μm)，超越了硬件可达的性能极限。

（4）设计了磨-抛-洗一体化高匹配工艺，将多模块复杂工艺进行协同与融合，实现了高质高效加工。以最终能够去除损伤层且总体效率最优为原则，设计了磨-抛加工的最佳组合工艺搭配，实现了产出效率不低于14.5片/小时；采用多级清洗工艺的协同，实现表面160 nm污染物<10颗的优异清洗效果。

该项目成果是近年来我国在集成电路高端装备领域的一项重大突破，已在中芯国际、长江存储、武汉新芯等3D IC生产线通过了CIS、3D NAND、HBM等先进产品的考核验证并量产应用，累计出机及订单超20台，累计量产晶圆超12万片，获多家客户重复订单与意向订单超50台，经济和社会效益显著。获第七届集成电路创新奖产业链合作奖、中国IC风云榜年度优秀创新产品等荣誉。授权专利77项，发表高水平论文22篇。本项目成果实现了技术引领，专家鉴定认为“该项目技术难度大、创新性强，具有自主知识产权，整体技术达到了国际领先水平”，有力支撑我国先进3D IC自主可控发展。