CMP化学机械抛光是集成电路制造过程中实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺。CMP技术通过化学和机械的组合技术避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤,利用了磨损中的“软硬磨”原理,即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光,将化学腐蚀和机械磨削作用达到一种平衡。抛光材料是CMP工艺过程中必不可少的耗材。根据功能的不同,可划分为抛光垫、抛光液、调节器、以及清洁剂等,主要以抛光液和抛光垫为主。
抛光垫可按材质和结构分为聚合物抛光垫、无纺布抛光垫和复合型抛光垫三类。聚合物抛光垫主要指聚氨酯抛光垫,聚氨酯具有较高的抗拉强度、延展率和抗撕裂性,同时由于其在CMP 过程中具有优异的稳定性和化学反应中的高电阻性被用作常用的研磨材料之一。
抛光液的作用主要是为抛光对象提供研磨及腐蚀溶解,通常为影响化学机械抛光的“化学”因素。CMP抛光液一般由超细固体粒子研磨剂(如纳米级SiO2 、Al2O3粒子等)、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成。
根据新思界产业研究中心发布的《
2018-2022年CMP抛光材料行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,抛光材料制备技术门槛较高,其中抛光垫的技术壁垒在于沟槽设计及提高寿命改良,抛光液的技术壁垒在于调整抛光液组成以改善抛光效果。合理的沟槽设计帮助抛光液流动并带走切削的细屑,使晶圆表面最终能形成完美的镜面效果,同时下游晶圆厂对抛光垫使用寿命的要求越来高,因此沟槽设计与使用寿命提高是抛光垫生产过程中的核心技术壁垒。抛光液的配方则是影响抛光效果的决定性因素。
抛光材料的市场容量主要取决于下游晶圆产量,近年来一直保持较为稳定增长。抛光材料具有技术壁垒高,客户认证时间长的特点,行业长期处于寡头垄断的格局。美国和日本等国际巨头在研发和生产方面具有较大优势,同时对于技术的保护较为严格,行业技术壁垒较高。
目前全球芯片抛光液市场主要被在美国、日本、韩国企业所垄断,主要企业包括日本Fujimi、Hinomoto Kenmazai公司,美国卡博特、杜邦、Rodel、Eka,韩国的ACE等。陶氏公司则占据全球抛光垫市场大部分份额,此外3M、卡博特、日本东丽、台湾三方化学等可生产部分芯片用抛光垫。
中国市场方面,不锈钢、铝、钨等中低端的抛光液基本实现国产化,高端抛光液技术也已有所突破,但是市场规模较小,在市场中占有率较低。抛光垫方面,中国国产高端抛光垫市占率为0,本土企业仍处于尝试突破阶段。目前国内企业还没有能够生产集成电路的抛光垫,本土企业的空白亟待弥补。
新思界
行业研究员表示,今后几年伴随着中国晶圆厂的不断投产,中国市场对于抛光材料的需求将会明显增长,中国企业应当加强对于抛光液和抛光垫等产品的技术研发,实现进口替代。