近日，多家企業(yè)已披露2024年半年度業(yè)績預(yù)告，其中鼎龍股份業(yè)績亮眼。公司預(yù)計(jì)2024年半年度凈利潤為2.01億元—2.21億元，同比增長110%—130%。公告稱，受國內(nèi)半導(dǎo)體及OLED顯示面板行業(yè)下游稼動率以及公司產(chǎn)品市占率提升的影響，公司光電半導(dǎo)體板塊業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)業(yè)績增長。

       其中拋光墊銷售約3.0億元，同比增長100.3%。其中今年第二季度實(shí)現(xiàn)銷售收入約1.64億元，環(huán)比增長21.93%，同比增長92.77%。CMP拋光墊銷售大幅增加，產(chǎn)品核心上游原材料量產(chǎn)自主化，固定成本攤薄，凈利潤同比增加。

       CMP拋光墊：拋光液的天生“搭檔”

       化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)可實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶片表面上行的全局和局部平坦化。在CMP的操作模式中，由拋光墊表面粗糙度、漿料研磨劑納米顆粒和晶片表面引起的三體接觸導(dǎo)致晶片表面材料均勻地去除，使得晶片形貌在局部和整體長度尺度上都減小，達(dá)到表面平坦化。

       而CMP拋光墊是負(fù)責(zé)輸送和容納拋光液的關(guān)鍵部件。在拋光的過程中，CMP拋光墊主要有四個(gè)作用：

       1）建立拋光液循環(huán)，并使拋光液有效均勻分布至整個(gè)加工區(qū)域；

       2）去除晶圓表面殘留物；

       3）去除傳遞材料機(jī)械載荷；

       4）維持拋光過程所需的機(jī)械和化學(xué)環(huán)境。

       此外，CMP拋光墊必須對拋光液具有良好的保持性，在加工時(shí)可以涵養(yǎng)足夠的拋光液，使CMP中的機(jī)械和化學(xué)反應(yīng)充分作用。因此，CMP拋光墊極大程度上決定了CMP工藝的性能及良率。

       CMP拋光墊的構(gòu)成

       基體材料、拋光層、緩沖層是CMP拋光墊組成部分。拋光層是拋光墊的核心，絕大部分研究也是針對其組成、結(jié)構(gòu)、制備工藝等進(jìn)行的。拋光層的基體材料通常是由高分子材料組成，可以含或不含磨料，制備成多孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡材料。而基體是拋光墊的主體部分，拋光墊基體的力學(xué)性能和表面微觀結(jié)構(gòu)在很大程度上影響著拋光墊的拋光性能。就基體材料而言，可以根據(jù)是否含有磨料，材質(zhì)和表面結(jié)構(gòu)的不同四種方式進(jìn)行分類。根據(jù)CMP拋光墊是否含有磨料，CMP拋光墊可分為有磨料拋光墊和無磨料拋光墊；根據(jù)材質(zhì)的不同，也可分為聚氨酯拋光墊、無紡布拋光墊和復(fù)合型拋光墊；根據(jù)表面結(jié)構(gòu)的不同，又可分為平面型拋光墊、網(wǎng)格型拋光墊。

       在拋光墊中，緩沖層能夠起到緩沖、支撐、防止拋光液滲透，進(jìn)而破壞拋光墊的作用。對緩沖層的物性參數(shù)如硬度、密度、壓縮率、回復(fù)性能等進(jìn)行相關(guān)調(diào)整能夠提升拋光穩(wěn)定性。粘結(jié)劑層通常是粘結(jié)拋光層與基底層，通常由反應(yīng)性或非反應(yīng)性的粘合劑制備而成。反應(yīng)性粘合劑能夠使拋光層與緩沖層結(jié)合牢固，避免脫層，以及免受拋光液的侵蝕。

       CMP拋光墊的“軟與硬”

       化學(xué)機(jī)械拋光是對晶圓表面平坦化處理的重要手段，能夠提高芯片的制造精度，芯片要求的精度越高就越需要對晶圓進(jìn)行多次拋光，如28nm制程的芯片需要進(jìn)行12次拋光處理，10 nm制程要進(jìn)行多達(dá)30次的拋光，否則，無法達(dá)到制備高精度芯片的制程需要。隨著芯片產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，拋光墊技術(shù)在集成電路制造產(chǎn)業(yè)中的地位越來越重要，且我國有著廣闊的市場需求。

       根據(jù)表面形態(tài)結(jié)構(gòu)和硬度，拋光墊產(chǎn)品一般可分為硬拋光墊（簡稱硬墊）和軟拋光墊（簡稱軟墊）。其中，多晶硅CMP工藝多使用軟拋光墊，而其他介質(zhì)層、金屬互連、接觸孔等的CMP工藝多采用硬拋光墊與軟拋光墊搭配。
       通常，在硬拋光墊表面制作無數(shù)凹型溝槽以達(dá)到承載拋光液的功能，在拋光工藝中滿足較高的拋光速率和較好的均勻性；軟拋光墊通過改變其化學(xué)成分或多孔結(jié)構(gòu)來協(xié)助傳送拋光液并進(jìn)行拋光，可以實(shí)現(xiàn)更好的表面平坦化品質(zhì)，降低表面缺陷。

       據(jù)鼎龍股份介紹，CMP拋光硬墊三大核心原材料——預(yù)聚體、微球、緩沖墊。其中CMP拋光墊中的熱膨脹聚合物微球是技術(shù)壁壘最高的微球產(chǎn)品，這種微球在拋光墊成品中的用量不到5%，但在整塊拋光墊中占有30%以上的體積。在微觀層面上形成孔隙，承載拋光液，提供化學(xué)腐蝕所需的微反應(yīng)場所，對拋光墊去除速率、拋光缺陷以及平坦化效率等指標(biāo)都有著至關(guān)重要的作用。然而這種微球產(chǎn)品一直被美資企業(yè)獨(dú)家供應(yīng)，在2021年這家企業(yè)宣布停產(chǎn)，這使得全球CMP拋光墊廠商面對“斷供”。為了保障CMP拋光墊供應(yīng)鏈的安全，鼎龍啟動了微球自主化項(xiàng)目，目前，鼎龍股份結(jié)合物理化學(xué)及高分子合成等多項(xiàng)平臺技術(shù)，已開發(fā)出空心微球系列產(chǎn)品，性能指標(biāo)與原廠媲美。

       預(yù)聚體在拋光墊中的重量占比超過70%，并長期為外國廠商所獨(dú)供。鼎龍股份在18年便啟動了原材料自主化項(xiàng)目，依托于鼎龍股份高分子和有機(jī)合成平臺技術(shù)積累，經(jīng)過兩年的攻堅(jiān)，終于完成預(yù)聚體的全面自主化，平穩(wěn)完成自主預(yù)聚體的替代工作。

       CMP拋光墊行業(yè)壁壘高筑，國產(chǎn)替代提速中

       上面我們提到的溝槽是拋光墊的表面結(jié)構(gòu)特性之一，也是拋光墊制備壁壘之一。拋光墊表面開槽一方面提高拋光墊儲存、運(yùn)送拋光液能力，改善拋光液的流動性；另一方面可改善墊表面的摩擦系數(shù)和剪切應(yīng)力。常見的溝槽形式有放射型、網(wǎng)格型、圓環(huán)型以及螺旋對數(shù)型等，復(fù)合型拋光墊普遍比單一型效果更優(yōu)，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)負(fù)螺旋對數(shù)型拋光墊與晶片之間的摩擦系數(shù)最大，拋光效率最高。此外，表面溝槽的尺寸過大會導(dǎo)致晶片表面的新拋光液越少，溝槽傾角為20度時(shí)的拋光效率和加工區(qū)溫度最高，機(jī)械去除速率較高。

       此外，拋光墊通常表面充滿微孔，可用于儲存運(yùn)輸拋光液和磨料顆粒，并且能耐受拋光液中化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，能及時(shí)排除拋光產(chǎn)物，從而對材料去除產(chǎn)生影響。研究發(fā)現(xiàn)拋光墊表面強(qiáng)度隨著孔隙率的增加而減小；孔徑越大其運(yùn)輸能力越強(qiáng)，但孔徑過大時(shí)又會影響拋光墊的密度和強(qiáng)度。顯然，孔隙率、孔隙均勻性是另一重要指標(biāo)，其對拋光墊的各項(xiàng)物理性能指標(biāo)及批次一致性影響程度較大。目前孔隙生成方式包括惰性氣體成孔、預(yù)聚物和糖類物質(zhì)反應(yīng)成孔等。但其具體生產(chǎn)工藝控制、化學(xué)材料選擇、配方配比、圖形設(shè)計(jì)等涉及大量 “Know how”。

       最后是客戶認(rèn)證。晶圓代工廠要求拋光材料具有極高的良品率，所以其一旦形成穩(wěn)定的供應(yīng)鏈體系就不會輕易更換；另一方面，進(jìn)入晶圓廠供應(yīng)鏈的材料企業(yè)也會高筑專利“護(hù)城河”來保護(hù)自身利益，圍剿新興企業(yè)。對新興企業(yè)來說，前期需要投入大量研發(fā)時(shí)間來找到合適配方、穩(wěn)定制作工藝及設(shè)計(jì)圖案，從而獲得理想的拋光效果，晶圓代工廠不愿為新企業(yè)試錯(cuò)成本買單，因此新興企業(yè)往往難以進(jìn)入成熟的供應(yīng)鏈體系。

       再來看市場格局。

       目前，CMP拋光墊市場呈現(xiàn)“一家獨(dú)大”的局面，美國陶氏杜邦公司占據(jù)了拋光片市場76%的份額，其他公司包括美國Cabot、日本Fujibo、美國TWI公司等，幾家國際巨頭公司包攬了全球CMP拋光墊市場97%的份額。

       從產(chǎn)品來看，杜邦可提供全系列的拋光墊和拋光液，與陶氏合并后，CMP拋光墊產(chǎn)品在全球占比份額很大，其中30英寸拋光墊的市場占有率更高；Cabot主要提供聚氨酯類拋光墊，可定制精確的硬度、孔徑、可壓縮性和凹槽圖案，以滿足各種應(yīng)用的要求；日本Fujibo可以提供聚氨酯及無紡布類拋光墊及背墊；美國TWI公司也可提供不同硬度拋光墊產(chǎn)品。

       近些年，隨著國內(nèi)企業(yè)技術(shù)的逐漸積累，將在未來市場占據(jù)更大的空間。在CMP拋光墊材料領(lǐng)域，目前國內(nèi)鼎龍股份率先打破國外壟斷，實(shí)現(xiàn)從1-N的突破，其拋光硬墊在28nm以上節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了全面覆蓋，今年五月鼎龍股份取得首次拋光硬墊單月銷量破2萬片的喜人成績。

       此外，也有不少新型企業(yè)正在加速布局。萬華化學(xué)在煙臺經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)建設(shè)大規(guī)模集成電路平坦化關(guān)鍵材料（拋光墊+拋光液）項(xiàng)目，建成后希望實(shí)現(xiàn)60-100萬片/年產(chǎn)能；寧波贏偉泰科2019年開始進(jìn)軍拋光材料領(lǐng)域，業(yè)務(wù)涉及拋光墊及保持環(huán)；上海芯謙于2021年擬投資1億元建設(shè)一條年產(chǎn)10萬片的半導(dǎo)體用拋光墊生產(chǎn)線。博來納潤面向半導(dǎo)體和消費(fèi)電子為三安光電、天岳先進(jìn)、立昂微提供CMP材料整體解決方案，近期推出PUN-50D碳化硅襯底CMP拋光墊；彤程新材投資3億元新建半導(dǎo)體芯片拋光墊生產(chǎn)基地。

       可以看出，國內(nèi)CMP拋光墊供應(yīng)商大多得到的中國大陸或者中國臺灣主流晶圓廠的驗(yàn)證和訂單，大部分企業(yè)也在加速進(jìn)入“賽道”。但在國際市場上，仍有較大的開拓潛力，國產(chǎn)替代空間巨大。我們希望國內(nèi)更多資本、從業(yè)者、創(chuàng)業(yè)者能夠關(guān)注這個(gè)領(lǐng)域，但更希望進(jìn)入賽道的玩家能夠減少內(nèi)卷將重復(fù)建設(shè)的資源與精力投向國內(nèi)真正稀缺的空白與國產(chǎn)替代。為我國CMP產(chǎn)業(yè)打破國外壟斷添磚加瓦。

       來源：

       梁斌等：CMP拋光墊表面及材料特性對拋光效果影響的研究進(jìn)展

       王海等：化學(xué)機(jī)械拋光墊在集成電路制造中的專利技術(shù)分析

       周國營等：芯片超精密拋光用CMP拋光墊研究進(jìn)展

       集成電路材料研究：淺析CMP拋光墊技術(shù)與市場

       芯慧通Chipis：一文看懂集成電路材料——CMP拋光材料

       鼎龍股份、芯片揭秘