我國CMP拋光墊生產(chǎn)現(xiàn)狀

1、CMP拋光墊時間：2021.03.01創(chuàng)作：歐陽語化學(xué)機(jī)械拋光（CMP），目前已成為公認(rèn)的納米級全 局平坦化精密超精密加工技術(shù)。CMP技術(shù)將磨粒的機(jī)械研 磨作用與氧化劑的化學(xué)作用有機(jī)地結(jié)合起來，可實現(xiàn)超精密 無損傷表面加工，滿足集成電路特征尺寸在0.35pm以下的 全局平坦化要求。圖1晶圓制造過程CMP技術(shù)所采用的設(shè)備及消耗品包括:拋光機(jī)、拋光 漿料、拋光墊、后CMP清洗設(shè)備、拋光終點檢測及工藝控 制設(shè)備、廢物處理和檢測設(shè)備等。拋光機(jī)、拋光漿料和拋光 墊是CMP工藝的3大關(guān)鍵要素，其性能和相互匹配決定 CMP能達(dá)到的表面平整水平。其中拋光漿料和拋光墊為消 耗品。通常一個拋光墊使用壽命約僅為45

2、至75小時。圖2 CMP工作系統(tǒng)CMP拋光墊，又稱CMP研磨墊，英文名為CMP Pad ,主要用于半導(dǎo)體和藍(lán)寶石等方面。CMP拋光墊由含 有填充材料的聚氨酯材料組成,用來控制毛墊的硬度。拋光 墊的表面微凸起直接與晶片接觸產(chǎn)生摩擦，以機(jī)械方式去除 拋光層在離心力的作用下，將拋光液均勻地拋灑到拋光墊的 表面z以化學(xué)方式去除拋光層”并將反應(yīng)產(chǎn)物帶出拋光墊。 拋光墊的性質(zhì)直接影響晶片的表面質(zhì)量,是關(guān)系到平坦化效 果的直接因素之一。CMP是提供超大規(guī)模集成電路制造過程中表面平坦化 的一種新技術(shù)，于1965年首次由美國的Monsanto提 出，最初是用于獲取高質(zhì)量的玻璃表面。自從1991年IBM 將CMP

3、成功應(yīng)用到64M DRAM的生產(chǎn)中以后，CMP技 術(shù)在世界各地迅速發(fā)展起來。區(qū)別于傳統(tǒng)的純機(jī)械或純化學(xué) 的拋光方法，CMP通過化學(xué)的和機(jī)械的綜合作用，從而避 免了由單純機(jī)械拋光造成的表面損傷和由單純化學(xué)拋光易造 成的拋光速度慢、表面平整度和拋光一致性差等缺點。它利 用了磨損中的軟磨硬原理，即用較軟的材料來進(jìn)行拋光 以實現(xiàn)高質(zhì)量的表面拋光。在一定壓力及拋光漿料存在下, 被拋光工件相對于拋光墊作相對運動，借助于納米粒子的研 磨作用與氧化劑的腐蝕作用之間的有機(jī)結(jié)合，在被研磨的工 件表面形成光潔表面。CMP技術(shù)最廣泛的應(yīng)用是在集成電 路（IC ）和超大規(guī)模集成電路中（ULSI ）對基體材料硅晶 片的拋

4、光。而國際上普遍認(rèn)為，器件特征尺寸在0.35pm以 下時,必須進(jìn)行全局平面化以保證光刻影像傳遞的精確度和 分辨率，而CMP是目前幾乎唯一的可以提供全局平面化的 技術(shù),其應(yīng)用范圍正日益擴(kuò)大。目前全球生產(chǎn)半導(dǎo)體拋光墊的企業(yè)主要是陶氏（羅門哈 斯），其壟斷了集成電路芯片所需拋光墊約79%的市場份 額。國外其他生產(chǎn)商有美國卡博特、日本東麗、臺灣智勝科 技有限公司、日本Fujibo Holdings, Incs韓國KPX Chemical Co., Ltd.、日本 Nitta-Haas Incorporated 等。國內(nèi)企業(yè)在化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域起步較晚,目前與國際先 進(jìn)水平仍有較大差距,國內(nèi)有少數(shù)企業(yè)采用

5、國外公司主要是 3M技術(shù)少量生產(chǎn)中低端產(chǎn)品”但缺乏獨立自主知識產(chǎn)權(quán)和 品牌,龐大的國內(nèi)市場完全被外資產(chǎn)品所壟斷。美國、日本、德國和韓國的拋光墊相關(guān)專利申請量在 2003-2006年達(dá)到高峰，我國相關(guān)專利申請項自2000年 起步，2003年開始呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢，表明我國在化學(xué)機(jī) 械拋光技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)力度逐漸增強(qiáng),在半導(dǎo)體特征尺寸逐 漸向小型化方向發(fā)展的態(tài)勢下，在加工過程中需要對化學(xué)機(jī) 械平坦化過程進(jìn)行監(jiān)控,我國中芯國際率先取得突破,提出 了涉及化學(xué)機(jī)械拋光終點偵測裝置和方法。2016年8月湖 北鼎龍控股股份有限公司采用自主技術(shù)建設(shè)的一期10萬片 /年項目投產(chǎn)，2017年底進(jìn)入芯片客戶系統(tǒng)，標(biāo)志著

6、我國自 主技術(shù)CMP墊真正進(jìn)入芯片市場。到目前為止，我國已經(jīng) 有近10家生產(chǎn)商。我國半導(dǎo)體用CMP墊片主要生產(chǎn)企業(yè)情況單位:萬片/年此外”湖北鼎龍控股股份有限公司計劃建設(shè)二期40萬 片/年項目；2016年11月，寧波江豐電子材料股份有限公 司和美國嘉柏微電子材料股份有限公司正式宣布就半導(dǎo)體集 成電路化學(xué)機(jī)械研磨用（CMP ）拋光墊項目進(jìn)行合作； 2017年12月投產(chǎn)的蘇州觀勝半導(dǎo)體科技有限公司也有進(jìn)一步擴(kuò)能的計劃。以中美貿(mào)易爭端為契機(jī)，預(yù)計未來幾年我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè) 將飛速發(fā)展，處于短板的相關(guān)材料產(chǎn)業(yè)也將迎來國產(chǎn)化機(jī) 遇。根據(jù)國際半導(dǎo)體協(xié)會（SEMI）發(fā)布的報告預(yù)計,2020 年之前全球?qū)⑿陆?2

7、座晶圓廠,而中國大陸地區(qū)將占26 座。晶圓建廠浪潮將拉動CMP拋光墊需求激增。合格的國 產(chǎn)材料將具有明顯的價格和服務(wù)等優(yōu)勢,由中國大陸地區(qū)引 領(lǐng)的建廠熱潮有望驅(qū)動國內(nèi)半導(dǎo)體材料廠商加速發(fā)展， CMP拋光墊作為半導(dǎo)體核心材料之一，國產(chǎn)化進(jìn)度有望提速。目前CMP墊基材為聚氨酯，生產(chǎn)工藝主要為聚醛多元醇（或聚酯型多元聚丙烯醞二醇等）真空脫水后，加入異氧酸酯,制備預(yù)聚體。部分多元醇加入擴(kuò)鏈劑、發(fā)泡劑、 各種助劑、拋光粉,混合攪拌發(fā)泡后加入預(yù)聚體重,注入模 具，然后冷卻、切片。我國半導(dǎo)體產(chǎn)值約占世界總產(chǎn)值的五分之一而且保持 繼續(xù)增長的態(tài)勢。但是我國在許多關(guān)鍵材料方面近乎空白， 存在巨大風(fēng)險。我國CMP拋