国产半导体材料在全球格局中仍处于追赶者位置,但在CMP抛光垫这一细分领域已实现关键突破:2019年全球抛光垫市场美国杜邦以79%的份额占据绝对主导,而国内鼎龙股份已实现抛光垫量产,硬垫产品覆盖28nm以上全部制程,成为国产替代的核心力量。

CMP(化学机械抛光)是仅次于光刻、刻蚀和薄膜沉积的第四大半导体制造工艺,负责对晶圆进行纳米级全局平坦化。抛光液和抛光垫是两大核心材料,价值量占比分别约为49%和33%。其中抛光垫直接与晶圆接触,通过摩擦去除抛光层,其性能直接决定抛光效率与晶圆表面质量。

聚氨酯孔洞结构:抛光垫的技术命门

抛光垫主要分为聚氨酯硬垫和无纺布软垫两类,其中聚氨酯硬垫因硬度高、耐磨性强、抛光效率高,成为应用最广泛的产品。硬垫的微观结构是疏松多孔的聚氨酯材质,孔洞结构的规整程度决定了最终的抛光效率,是衡量抛光垫质量的核心指标之一

这一领域的生产专利长期掌握在海外巨头手中,他们通过合作避免重复开发和同质竞争,形成了较强的利益关系网。因此,突破技术壁垒、生产出具备微细而均匀孔洞结构的抛光垫,就是国产化的关键所在。

全球格局与国产突破

从全球竞争格局看,抛光垫市场高度集中。2019年的数据显示,美国杜邦占据79%的全球市场份额,美国卡博特微电子占5%,美国TWI占4%,日本富士纺占2%,日本JSR占1%。相比之下,国内厂商在CMP材料领域的起步较晚,但进展显著。

鼎龙股份是目前国内唯一实现抛光垫产品量产的厂商。这家公司从打印耗材起家,凭借高分子合成技术积累,于2012年前后切入半导体材料领域。截至2018年8月,鼎龙在国内抛光垫领域的专利数量位居第二,填补了国内在抛光垫原材料和制作方面的专利空白。2021年,公司实现了核心原材料的自产化,硬垫产品覆盖28nm以上全部制程,客户包括长江存储、武汉新芯、中芯国际、长鑫存储等国内主流晶圆厂,并在部分晶圆厂内达到一供地位。

常见问题

为什么聚氨酯孔洞结构如此重要?

聚氨酯抛光垫的微观孔洞结构直接决定了抛光效率。孔洞越规整均匀,抛光液在垫面上的分布就越稳定,摩擦去除材料的效果就越一致,最终晶圆表面的平坦度也越高。这一结构参数是衡量抛光垫质量的核心指标,也是海外巨头专利壁垒最集中的环节。

国产抛光垫目前覆盖了哪些制程?

鼎龙股份的硬垫产品已覆盖28nm以上全部制程,包括Oxide、STI、W、Cu、Al等主要工艺类型。在14nm节点,部分产品已通过认证,部分仍在测试推进中。此外,公司在软垫产线投产并实现全系列全制程抛光垫生产能力后,计划将竞争重点延伸至海外市场。

中国在CMP抛光垫领域的全球位置如何?

从全球份额看,海外巨头仍占据绝对主导,杜邦一家就握有近八成的全球市场。但国产厂商已在技术壁垒最高的硬垫领域实现量产突破,并进入国内主流晶圆厂供应链。在存储芯片领域,鼎龙部分抛光垫产品的效率已具备竞争力,可以有效降低用户成本。整体而言,国产CMP材料正处于从“替代进口”向“出击海外”过渡的阶段。