在 CMP(化学机械抛光)的四大核心材料中,抛光垫价值量占比约 33%,其材质选择直接关系到芯片良率与供应安全。硬垫(以聚氨酯为代表)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(无纺布及带绒毛结构无纺布)渗水性能和容纳抛光液的能力强,但硬度较低、材料去除率低。 这些材质局限在先进制程中会同时放大工艺与供应两端的风险:工艺端表现为划伤与去除率不足带来的良率波动,供应端则体现为耗材验证周期长、切换成本高,以及高端产品高度集中带来的断供隐患。

材质局限如何传导为良率风险

CMP 的作用是对晶圆进行全局平坦化,使表面平整度达到纳米级,以便叠加下一层电路特征。这一过程由抛光液完成化学钝化、抛光垫承担机械去除,两者必须匹配。

硬垫的短板在于“太硬”:官方资料明确其容易划伤芯片表面,且均匀性相对差。在制程越先进、线宽越小的节点上,表面任何细微损伤或厚度不均都可能直接造成良率损失。软垫的问题则相反——硬度低、材料去除率低,抛光效率受限,难以满足高去除量工艺段的需求。

从应用结构看,全球范围内软垫与硬垫的价值量比例约为 1:8,国内约为 1:10。软垫主要面向先进制程,这意味着国内先进产线对软垫的工艺经验与供应积累相对更薄,一旦软垫性能不达标,可选替代方案更少。

耗材验证周期与供应稳定性风险

抛光垫并非即买即用的通用件。不同客户对抛光液配方有高度定制化需求,抛光垫同样需要与具体工艺段、具体制程节点匹配验证。硬垫与软垫各自适配的应用场景不同——例如硬垫典型应用于铜 bulk、钨、STI/二氧化铈、氧化物等,软垫典型应用于硅片抛光、铜 barrier 等——切换材质往往意味着重新验证,时间与成本都不低。

供应端的另一重风险是格局高度集中。全球抛光垫市场由美企主导,2019 年数据显示美国杜邦占 79%、美国卡博特微电子占 5%、美国 TWI 占 4%,日企份额较小,部分细分产品很难在日韩找到替代品。国内晶圆厂对 CMP 材料国产化诉求很高,目前国内只有鼎龙股份实现抛光垫量产,其硬垫产品覆盖 28nm 以上全部制程,14nm 部分已认证通过、部分测试推进中,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。随着软垫产线投产,全系列、全制程供应能力将逐步补齐。

常见问题

硬垫和软垫的材质局限,哪一个对良率影响更大?

两者风险方向不同,不能简单比较高低。硬垫的主要风险是划伤芯片表面与均匀性相对差,直接指向表面缺陷;软垫的主要风险是硬度低、材料去除率低,指向抛光效率不足。实际影响取决于具体工艺段与制程节点,需结合产线验证数据判断。

为什么抛光垫供应集中会带来风险?

因为抛光垫与工艺深度绑定,验证周期长、切换成本高。当全球份额高度集中于少数海外厂商时,一旦供应节奏或产品可得性出现变化,晶圆厂短期内难以找到通过验证的替代品,部分细分产品在日韩也难寻替代,从而影响产线连续性。

国产抛光垫目前进展如何?

国内目前只有鼎龙股份实现抛光垫量产。其硬垫产品覆盖 28nm 以上全部制程,14nm 部分已认证通过、部分测试推进中,核心原材料已实现自产化;软垫产线投产后,将形成全系列、全制程的抛光垫生产能力,并计划拓展海外市场。