化學機械拋光（CMP）目前被廣泛應用于光學元件、計算機硬盤、微機電系統(tǒng)、集成電路等領域，而在CMP過程中，拋光墊起到了儲存拋光液、輸送拋光液、排出廢物、傳遞加工載荷、保證拋光過程平穩(wěn)進行等作用，其成本占CMP總成本的三分之一左右。在CMP過程中，拋光墊浸泡在拋光液中會與工件和磨粒發(fā)生相對運動，這將引起拋光墊性能的下降，甚至造成拋光墊的廢棄，因而制備質量高、性能穩(wěn)定的拋光墊勢在必行。

拋光墊的構成

基體、表面紋理和結構是構成拋光墊的3個要素。拋光墊必須對拋光液具有良好的保持性、在加工時可以涵養(yǎng)足夠的拋光液、使CMP中的機械和化學反應充分作用。為了保持拋光過程的穩(wěn)定性、均勻性和可重復性，拋光墊材料的物理性質、化學性質以及表面形貌等特性，都需要保持穩(wěn)定。近年來，研究者們分別探究了三者對拋光墊性能的影響，并通過改變基體材質、改進基體制備工藝、優(yōu)化拋光墊表面紋理及結構來提高拋光墊的質量，增強其性能穩(wěn)定性。

CMP拋光墊的參數(shù)指標

1.拋光墊基體

基體是拋光墊的主體部分，拋光墊基體的力學性能和表面微觀結構在很大程度上影響著拋光墊的拋光性能。拋光墊基體通常用聚氨酯做成，因為聚氨酯（聚合物）有像海綿一樣的機械特性和多孔吸水特性，多孔的特點能幫助傳輸磨料和提高拋光均勻性。而近年來，也在研究采用無紡布作為拋光墊基體材料，無紡布拋光墊的原材料聚合物棉絮類纖維滲水性能好，容納拋光液的能力強，但是其硬度較低、對材料去除率低，因此會降低拋光片平坦化效率，常用在細拋工藝中。

通常，材料去除率(MRR)會隨著拋光墊基體的硬度和孔隙率的增加而增加，降低拋光墊的硬度可以明顯減少晶圓表面劃痕的數(shù)量。拋光墊表面的微孔尺寸越大，材料去除得越均勻。而此外，拋光墊表面形貌對表面接觸應力和拋光液流動等都有影響，因此改變拋光墊材質、改善拋光墊表面形貌、向拋光墊中浸漬或向拋光墊表面噴涂特殊材料均可以改善基體的力學性能和表面微觀結構，提高拋光墊的拋光性能。

2.拋光墊表面紋理

拋光墊表面的溝槽和突起圖案可以促進拋光墊表面拋光液的流動，增加拋光墊與晶圓之間的摩擦，對拋光產(chǎn)物的排出、拋光液利用率和MRR有著較大的影響，這是拋光墊制備的一大技術難點。目前拋光墊表面紋理主要有常見表面紋理、放射同心圓復合紋理、螺旋狀紋理、葵花籽狀紋理，拋光性能各有優(yōu)劣。

常見的拋光墊表面紋理

相較于表面紋路為同心圓狀的拋光墊，表面紋路為復合紋路（如上圖b所示）的拋光墊上拋光液分布得更加均勻，去除材料的均勻性更高，但是拋光液流動得較快，這樣限制了化學反應，使得MRR值較低。目前，拋光墊表面紋理設計多基于幾種常見形狀的組合，或是根據(jù)仿生學進行設計，對表面紋理設計的理論研究得較少。

3.拋光墊結構

除了優(yōu)化拋光墊的表面紋理外，改進拋光墊的結構也可以提高拋光質量和效率。在拋光過程中，孔密度越高，拋光墊晶圓的接觸比越高，溝槽圖案晶圓的凹陷越明顯，表面的劃痕越少。

對于聚氨酯拋光墊來說，拋光液只存在于工件與拋光墊的縫隙中，不能夠滲透到拋光墊內部，這將影響拋光過程中反應產(chǎn)物的及時排出，造成拋光墊表面孔隙的堵塞，進而損傷晶圓表面，降低加工質量，因此會通過改進結構來改善這一點。

拋光墊的結構除了會影響材料去除均勻性和晶圓表面質量，也會影響拋光墊基體的力學性能，進而影響材料去除率。目前大多從材料去除均勻性、晶圓表面質量等角度出發(fā)對拋光墊的結構進行改進，例如帶絨毛結構的無紡布拋光墊硬度小、壓縮比大、彈性好，常用于精拋工序中；復合型拋光墊采用“上硬下軟”的兩層結構，兼顧平坦度和非均勻性，同時在基體中加入了能溶于拋光液的高分子或無機填充物，能有效延長拋光墊的使用壽命并降低缺陷率，減少拋光液的使用量。

拋光墊根據(jù)材質結構不同的分類

拋光墊市場現(xiàn)狀

1.拋光墊市場現(xiàn)狀

CMP拋光墊主要用于對晶圓進行機械拋光，伴隨晶圓產(chǎn)能快速擴張，加之我國晶圓代工廠數(shù)量不斷提升，CMP拋光墊應用需求日益旺盛。

CMP 細分拋光材料市場份額（%）

全球CMP拋光墊代表企業(yè)包括美國陶氏杜邦、卡博特、Thomas West、Fojibo等。陶氏化學為全球最大CMP拋光墊生產(chǎn)商，占據(jù)市場近八成份額。與海外發(fā)達國家相比，我國CMP拋光墊行業(yè)起步較晚，受技術壁壘高、生產(chǎn)成本高等因素限制，需求高度依賴進口。近年來，伴隨我國8寸晶圓不斷擴產(chǎn)，CMP拋光墊行業(yè)景氣度進一步提升，吸引眾多企業(yè)紛紛布局其研發(fā)及生產(chǎn)賽道，帶動市場國產(chǎn)替代進程不斷加快。鼎龍股份、中芯國際、興硅科技、萬華化學、宏光研磨等為我國CMP拋光墊主要生產(chǎn)商。其中，鼎龍股份旗下子公司鼎匯微電子，已具備CMP拋光墊自主研發(fā)實力。

作為CMP技術重要耗材，CMP拋光墊種類豐富，應用前景較好。伴隨我國晶圓行業(yè)發(fā)展速度加快，CMP拋光墊市場需求將進一步增長。但目前，我國CMP拋光墊行業(yè)尚處于起步階段，需求高度依賴進口。未來伴隨本土企業(yè)自主研發(fā)實力提升，我國CMP拋光墊市場國產(chǎn)化進程將有所加快。

中國半導體材料市場規(guī)模（億元）

參考來源：

1.化學機械拋光墊的研究進展，曹威、鄧朝暉、李重陽、葛吉民（表面技術）；

2.CMP拋光材料國產(chǎn)替代勢不可擋，行業(yè)龍頭長線價值凸顯——半導體材料行業(yè)深度報告（東海證券）。

粉體圈小吉

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