硬垫价值量约为软垫的8-10倍(全球范围内软硬垫价值量比例约1:8,国内因先进制程应用较少,软硬比例约1:10),其高价值背后的技术壁垒核心在于材料配方与微孔结构控制,而软垫的壁垒则体现在有机材料纯度与均匀性要求上;两类垫子在CMP工艺中各司其职,硬垫主导平坦化效率,软垫保障表面质量。

CMP(化学机械抛光)是半导体制造中仅次于光刻、刻蚀和薄膜沉积的第四大核心工艺,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。抛光垫作为CMP两大核心材料之一(抛光液与抛光垫价值量占比分别为49%和33%),直接与晶圆接触并通过摩擦去除抛光层,其性能直接决定抛光效率与晶圆良率。

软垫与硬垫:技术路线与分工差异

抛光垫依据材质主要分为聚氨酯抛光垫(硬垫)与无纺布类抛光垫(软垫,含带绒毛结构的无纺布)。两者在物理特性与工艺分工上呈显著互补关系:

特性维度硬垫(聚氨酯)软垫(无纺布类)
硬度高低至中
容纳抛光液能力低中至高
压缩性低高
核心优势抗撕裂强度高、耐磨、抛光效率高弹性好,可获得表面粗糙度小、片内均匀性好的晶圆
主要短板易划伤芯片表面、均匀性相对差硬度较低、材料去除率低
典型应用铜、钨、STI、氧化物等硅片抛光、铜阻挡层(barrier)等

硬垫凭借高硬度与高效率,承担铜互连、浅槽隔离(STI)等关键工艺段的主力抛光任务;软垫则利用其高弹性和低损伤特性,用于对表面质量要求极高的抛光环节。两者并非替代关系,而是依据不同工艺段的需求协同配合——这也是复合型抛光垫采用“上硬下软”结构、兼顾平坦度与均匀性的原因。

核心工艺壁垒:微孔结构与材料控制

硬垫的核心壁垒在于聚氨酯微孔结构的规整程度。 抛光垫在显微层面呈现疏松多孔结构,这些孔洞承担着容纳与输送抛光液、排出抛光碎屑的功能,其规整程度直接决定抛光效率,是衡量抛光垫质量的核心指标之一。然而,相关生产专利长期掌握在海外巨头手中,且其通过合作避免同质竞争、形成较强利益关联,使得突破微细而均匀孔洞结构的制造技术成为国产化的关键。此外,硬垫在先进制程中还需解决抛光效率与表面划伤之间的平衡难题。

软垫的壁垒则体现在有机材料的纯度与批次一致性控制。 软垫以无纺布为基体,需在保持高弹性的同时实现均匀的绒结构,这对高分子材料的合成纯度、成型工艺的稳定性提出了苛刻要求。由于软垫主要应用于先进制程(如铜阻挡层抛光),对缺陷的容忍度极低,任何材料杂质或结构不均都可能放大为晶圆表面的微观损伤。

常见问题

为什么硬垫的价值量远高于软垫?

硬垫价值量约为软垫的8-10倍,主要源于两方面:其一,硬垫(聚氨酯)的合成与微孔结构控制技术难度显著更高,且专利长期被海外巨头垄断;其二,硬垫广泛应用于铜、钨、STI等核心工艺段,对平坦化效率与良率的影响权重更大,技术溢价相应更高。

软垫的技术难度低于硬垫吗?

并非如此。软垫虽然材料成本与价值量低于硬垫,但其技术难点在于有机材料的纯度控制、批次一致性以及均匀绒结构的成型工艺。尤其在先进制程中,软垫直接接触晶圆表面,任何微观缺陷都可能影响最终良率,因此对材料的“纯净度”与结构均匀性要求极高。

国内厂商在两类垫子上的进展如何?

国内已有厂商在硬垫领域实现量产突破,产品覆盖28nm及以上全部制程,并在存储芯片领域部分产品效率具备竞争力;软垫产线投产后,国内厂商将具备全系列、全制程抛光垫的生产能力。但整体而言,全球抛光垫市场仍由海外巨头主导,国产替代尚处于加速推进阶段。