在CMP(化学机械抛光)材料中,抛光垫的价值量占比约为33%。软垫与硬垫在全球范围内的价值量比例约为1:8,国内因软垫主要面向先进制程、使用相对较少,软硬比例约为1:10。硬垫以聚氨酯材质为主,典型产品如IC1000™,主要用于铜bulk、钨、STI/二氧化铈、氧化物等对去除率要求较高的场景;软垫包括无纺布抛光垫与带绒毛结构的无纺布抛光垫,典型产品如SUBA™、Politex™,多用于硅片抛光、铜barrier等精抛与表面保护环节。抛光垫细分市场的增长,核心驱动力来自先进制程金属层数增加与3D NAND堆叠层数提升所共同拉动的CMP步骤数增长——每一步CMP都需要消耗抛光垫,步骤数越多,抛光垫的耗用量与市场空间就越大。

一、为什么CMP步骤数会持续增加

CMP是半导体制造中的重要环节,其作用是对晶圆进行全局平坦化处理,使表面平整度达到纳米级,方便添加下一层电路特征。这意味着每增加一层需要平坦化的结构,就对应增加相应的CMP工序。

在逻辑芯片方向,随着制程推进,芯片内部金属互连层数不断增加,铜及铜阻挡层等抛光需求随之上升。资料显示,铜及铜阻挡层抛光液用于芯片中铜及阻挡层的去除和平坦化,生产逻辑、存储芯片需大量使用;钨抛光液用于钨塞和钨通孔的平坦化,生产存储芯片需大量使用,逻辑芯片则用于部分工艺段。金属层数越多,这类平坦化步骤的累计次数就越多。

在存储方向,3D NAND通过堆叠层数提升容量,堆叠层数越高,需要经历的CMP步骤数也随之增加。逻辑芯片金属层数与3D NAND堆叠层数的双重提升,是CMP步骤数增长的两条主线,也是抛光垫需求扩张的底层逻辑。

二、软垫与硬垫的价值分布

类别材质与典型产品典型应用
硬垫聚氨酯,如IC1000™铜bulk、钨、STI/二氧化铈、氧化物等
软垫无纺布(SUBA™)、带绒毛结构无纺布(Politex™)硅片抛光、铜barrier等

硬垫抗撕裂强度高、耐磨性强、抛光效率高,但容易划伤芯片表面、均匀性相对差;软垫硬度低、压缩比大、弹性好,可获得表面粗糙度小、片内均匀性好的效果。全球软垫与硬垫价值量比例约为1:8,国内约为1:10,这一结构差异与软垫主要应用在先进制程有关。随着先进制程占比提升,软垫的应用空间也有望随之扩大。

三、国产化进展带来的供给侧变化

抛光垫的技术难点在于聚氨酯的孔洞结构规整程度——孔洞结构的规整程度决定抛光效率,是衡量抛光垫质量的核心指标之一,相关生产专利长期集中在海外厂商手中。

国内方面,鼎龙股份已实现抛光垫产品量产,硬垫产品覆盖28nm及以上全部制程,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,部分晶圆厂内达到一供地位。随着其潜江工厂软垫产线投产,公司将具备全系列、全制程的抛光垫生产能力,并计划拓展海外市场。国产供给能力的补齐,正在从供给侧为抛光垫市场注入新的变量。

常见问题

抛光垫市场增长主要由哪些制程需求驱动?

主要来自两方面:一是逻辑芯片金属互连层数增加,带动铜及铜阻挡层、钨等CMP步骤数上升;二是3D NAND堆叠层数提升,同样推高CMP步骤数。每一步CMP都要消耗抛光垫,因此步骤数增长直接对应抛光垫耗用量与市场空间的扩张。

软垫和硬垫的价值量比例是多少?

全球范围内软垫与硬垫的价值量比例约为1:8。国内由于软垫主要应用在先进制程、使用相对更少,软硬比例约为1:10。硬垫典型产品如IC1000™,软垫典型产品如SUBA™、Politex™。

抛光垫的技术难点在哪里?

核心难点在于聚氨酯的孔洞结构规整程度。孔洞结构的规整程度决定抛光效率,是衡量抛光垫质量的核心指标之一,相关生产专利长期掌握在海外厂商手中,突破这一壁垒是国产化的关键。