减薄，就是削薄晶圆，达到封装工艺要求。晶圆减薄机是实现晶圆减薄工艺的关键设备。目前国内减薄机达到全球领先，但与寡头企业相比，在技术、性能、加工精度、市占率等方面仍有差距。未来本土企业还需持续加大研发力度，国产化率仍需要大幅提高。随着芯片线宽不断缩小、芯片结构3D化、Chiplet等先进封装技术不断演进，CMP设备、减薄设备将获得更加广泛的应用，也是国内相关设备公司未来长期高速发展的重要机遇。
减薄研磨的好处
晶圆减薄，或者晶圆背面研磨，是一种旨在控制晶圆厚度的半导体制造工艺，以满足芯片封装厚度尺寸和表面粗糙度的要求，提高器件的散热性能和产品可靠性：
更薄的芯片可从衬底散热；
减薄的芯片可以实现紧凑型或微电子设备中的堆叠和高密度封装；
减薄的芯片可以减少内部应力；
更薄的晶圆还可提高芯片的器件性能和后续划片加工的成品率。
现代电子产品不断推出便携式轻量设备，例如手持音乐播放器、智能手机和可穿戴设备。如果不最小化其组件的尺寸，这些产品的出现是不可能的。这就是在完成晶圆切割（分离单个微芯片）之前对晶圆背面进行研磨或减薄的原因。
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。
减薄设备
晶圆减薄方法包括机械研磨、化学机械平坦化 (CMP)、湿法蚀刻以及大气下游等离子体 (ADP) 和干法化学蚀刻 (DCE)。然鹅，两种最常见的晶圆减薄方法是传统研磨/磨削和化学机械平坦化。
磨削是目前晶圆背面减薄的最传统的机械工艺，其基本原理是通过旋转的金刚砂轮对晶圆背面进行磨削，金刚砂轮基材通常有陶瓷、环氧树脂。研磨配方决定了主轴的速度，也决定了材料去除率，所有这些都决定了晶圆的最终预期厚度。概括来说，机械研磨过程包括2个步骤：
粗磨：这是去除大部分材料的地方，去除率约为 5μm/秒；
精磨：采用 1200 至 2000 目砂和 poligrind 精磨，通常每秒可去除约 30μm 堆积的材料（从 1μm 或更小）。这里是晶圆最终完成的地方。
化学机械平坦化 (CMP) 方法也称为化学机械抛光，是使用研磨化学浆料和抛光垫进行材料去除。它可以压平晶圆并平整表面上的不规则形貌，从而提供比机械研磨更好的平坦化效果，但它通常更昂贵且不太干净。化学机械平坦化按以下步骤进行：
将晶圆安装到背面薄膜上以将其固定到位；
然后使用抛光垫涂抹化学浆料并均匀分布 ；
每次抛光时，抛光垫旋转 60-90 秒，具体取决于所需厚度的规格。
CMP 的减薄速度比机械研磨慢，因为它每秒仅去除几微米。这使晶圆具有近乎完美的平整度和非常可控的总厚度变化 (TTV)。CMP可实现对晶圆背面近乎完美的超精密抛光。
全局平坦化实景 图源：Logitech
减薄设备全球市场
全球减薄机市场规模呈现稳步扩张的态势，根据QYResearch数据，2022年全球晶圆减薄设备市场规模约8.3亿美元，预计到2029年增至13.2亿美元，CAGR为6.5%。
减薄机复杂程度高、技术攻关难度大、市场准入门槛高，长期被国外厂商高度垄断。全球市场上的主要减薄机生产商包括日本DISCO（迪斯科）、日本TOKYO SEIMITSU（东京精密）、日本KOYO SEIKO（光洋精工）、德国G&N（纽伦堡精密机械）等，全球前三厂商占有85%的市场份额。其中日本DISCO与TOKYO SEIMITSU以出色的产品性能和满意的服务在行业中享有盛誉，2022年两家企业合计市占比已超65%，市场集中度较高。
中国减薄机市场占据全球约51%的市场份额，为全球最主要的消费市场之一，且增速高于全球。随着先进封装、Chiplet等技术的应用大幅提升，晶圆背面减薄技术在集成电路制造过程中的重要性愈发显著，市场对CMP设备和减薄设备的显著提升，而国内IC制造厂商所需的减薄设备严重依赖进口，这将影响到供应链安全。国内厂商在晶圆减薄设备与工艺开发方面起步较晚，整体技术积累与国外有一定差距。
全球主要玩家
东京精密简称TSK，创立于1949年，是全球半导体行业享有盛誉的日本企业，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。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。
半导体材料用晶圆越来越薄，传统的研磨机已经不能满足使用要求。而东京精密克服行业最头疼的难题，将超精密、高刚性研磨设备的精度达到世界顶级，无人匹敌。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。同时，可以选配NCIG非接触式在线测量和自动TTV控制、NCIG非接触式在线测量和自动TTV控制、WCS (晶圆清洗系统)和激光切割机的集成系统。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。
全球半导体设备材料巨头日本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，贯穿半导体全制程的重要工艺流程，凭借产品在精度、性能和稳定性上的优势，其减薄研磨机及其耗材严重造成了寡头垄断的市场后果。
DISCO的减薄设备精准度非常高，可以将晶圆的背面研磨至5µm厚度，约为日常复印机纸张厚度的1/20，加工过后材料即呈现半透明状，公司设备亦可将直径为 30 cm 的晶圆的厚度变化控制在 1.5 µm 以内，这大大提高了材料的抗断裂性。在过去 10 年中，DISCO平均将其收入的 10% 用于研发，以保持其技术优势。近年来随着器件结构复杂化、超薄化等发展，迪思科公司通过对各种各样的设备，磨轮以及研削条件进行不同的组合，以满足客户的加工需求：
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是全球销售业绩突出的DGP8760的改良机型。通过背面研削到去除应力的一体化，可以稳定地实施厚度在25 μm以下的薄型化加工 图源：DISCO
除了在硅片制造和晶圆制造环节，在封测背面减薄环节中，DISCO背面研磨机用于晶圆的背面研磨以使其变薄，同时保护正面的电路；损坏的层可以通过抛光去除以提高减薄晶片的强度，在此过程中DISCO 抛光机则可大显身手。
2023年1月DISCO表示拟投资约400亿日元于2025年将现有的切割/研磨工具、设备产能提高四成，本次扩产体现了公司对下游需求的信心，有助于公司保持全球领先地位。
德国G&N（纽伦堡精密机械设备公司）是一家精密平面研磨机制造商，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，该系统采用一个主轴，可安装粗磨砂轮和精磨砂轮，系统稳定性好，研磨精度高，适合科研客户及小批量生产客户。
自1935年以来，Okamoto Semiconductor Equipment Division一直是精密研磨和抛光工具的领先制造商。对于薄晶片应用，研磨/抛光系统可以与贴片机、DAF和去贴设备集成为一个完整的在线系统。代表型号有VG-101MKII全自动晶圆研磨机和双抛光在线系统，用于生产中的晶圆减薄25um能力。可选集成磨边机，非接触式激光厚度检测可选。可直接连接到拆堆机/贴装机。
研磨机系统 图源：冈本机械
国外还有一些老字号精密研磨公司，将核心业务向晶圆研磨转行。例如光洋机械公司是定制无心磨床、表面磨床和特种磨床开发和制造领域的世界领先者，自 1961 年以来通过工程解决方案应对挑战。适应于晶圆研磨的机器型号有R421/422/631632。
国产队列
华海清科依托国家重大科技攻关任务，相继推出了国产8英寸、12英寸CMP设备，打破了国外对该领域的垄断。目前华海清科CMP设备实现28nm工艺量产，并具备14-7nm工艺拓展能力。2020年独立承担减薄相关的国家级重大专项课题，2022年实现关键突破，在技术层面已经可以对标国际友商的高端机型，同时减薄抛光一体机和针对封装领域的减薄机型均已取得重大进展。
Versatile-GP300 图源：华海清科
公司基于自身对CMP设备技术积累，2023年5月开发出Versatile-GP300减薄抛光一体机（晶圆超精密磨削、CMP、清洗集成设备），配置先进的厚度偏差与表面缺陷控制技术，提供多种系统功能扩展选项，具有高精度（稳定实现12英寸晶圆片内磨削TTV＜1um）、高刚性、工艺开发灵活等优点，实现了减薄工艺全过程的稳定可控。达到了国内领先和国际先进水平。主要适用于前道晶圆制造、先进封装的晶圆减薄需求。 目前已批量进入大生产线。
Versatile-GM300是面向封装领域创新研发的超精密晶圆减薄设备。该设备采用新型布局，可实现薄型晶圆背面超精密磨削与应力去除；兼容8/12英寸晶圆，依托卓越的厚度在线测量与表面缺陷控制技术，具有高精度、高刚性、工艺开发灵活等优点，满足封装领域的薄型晶圆加工需求。
中国电科装备子集团承接国家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6日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。该设备是碳化硅全自动减薄机最新研发成果的集中体现，与它的前任（WG1251）相比，片内厚度偏差和片厚度偏差精进至2μm，指标和性能达到全球一流水准。最终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。该机器汇集了北京中电科自主研发的核心零部件气浮主轴与气浮载台、超低速亚微米级运动控制技术，晶圆厚度分区域自动控制等多项最新研发关键技术，不仅加工一致性好、面型精度控制能力强、效率高、损伤层小，而且易于实现自动化。下一步，北京中电科将聚焦汽车芯片等领域，全力提升碳化硅减薄机产能。
京创先进致力于提供先进的自主化、系列化、智能化半导体国产装备及配套工艺一体化解决方案，减薄、抛光是其最重要的产品线之一。2023年4月，京创先进推出新品AG6800全自动减薄机和AG7500自动减薄机。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。
AG6800采用了双主轴，三工作盘，加工效率更高。配备全自动上下料、传输定位、清洗干燥，实现全自动运行模式，大大降低OP工作量。主要用于3-8英寸半导体晶圆的全自动减薄加工。AG7500结构简单紧凑，空间占比小。通过采用高刚性，低振动的主轴，实现了更好的研削加工品质。可有效于硬质和脆性材料以及电子元件产品的研削加工。主要用于12英寸半导体晶圆的全自动减薄加工。
特思迪，专注于半导体领域超精密平面加工设备的研发、生产和销售企业，有全自动CMP抛光机TPC-2110、全自动减薄机TFG-3200、单面抛光机TSP-1270、双面抛光机TDP-1200。其TFG-3200可磨削各类半导体材料兼容6&8英寸晶圆减薄。
晶盛机电是国内领先的半导体材料装备企业。2022年12月，晶盛机电首台半导体12英寸双轴减薄机成功下线，标志着晶盛机电正式进军封装市场。公司宣称已得到国内知名FAB厂的技术确认。
光力科技是全球领先的半导体设备厂商，公司称，面向晶圆背面的减薄研磨机在按计划推进。可以用于8寸和12寸的晶圆的背面磨削减薄，稳定性好、精度高。
三超新材公司目前持有控股子公司南京三芯半导体56%的股份。按照南京三芯的产品研发计划，硅棒磨倒一体机、硅片倒角机、背面减薄机三款机器样机将在2023年陆续推出。
北京艾姆希半导体科技有限公司自成立以来一直致力于半导体及相关材料高精度磨抛设备。GNAD600系列适用于多种半导体晶圆的研磨减薄，底面、表面、端面的化学机械抛光。
湖南宇晶机器股份有限公司专业从事多线切割机、研磨抛光机等硬脆材料加工机床的研发、设计、生产与销售制造商，2023推出双面抛光机YJ-SP137A。主要用于蓝宝石、碳化硅以及其它硬、脆材料的厚度减薄和表面抛光。
深圳市晟益机电设备有限公司，专注于半导体领域超高精密平面加工设备的研发、生产和销售，主营大尺寸全自动晶圆减薄机、气浮主轴、大功率静压气浮电主轴、单工位减薄机、碳化硅快速减薄加工等。
深圳市博创新半导体装备有限公司，专注于半导体领域精密平面加工设备的研发、生产和销售，主营大尺寸全自动晶圆减薄机、气浮主轴、大功率静压气浮电主轴、单工位减薄机、碳化硅快速减薄加工等
深圳市方达研磨技术有限公司，是国内首家从事平面研磨抛光技术的企业。有FD-150横向减薄机和FD-200A立式减薄机。
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