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       化学机械抛光（CMP）目前被广泛应用于光学元件、计算机硬盘、微机电系统、集成电路等领域，而在CMP过程中，抛光垫起到了储存抛光液、输送抛光液、排出废物、传递加工载荷、保证抛光过程平稳进行等作用，其成本占CMP总成本的三分之一左右。在CMP过程中，抛光垫浸泡在抛光液中会与工件和磨粒发生相对运动，这将引起抛光垫性能的下降，甚至造成抛光垫的废弃，因而制备质量高、性能稳定的抛光垫势在必行。

       抛光垫的构成

       基体、表面纹理和结构是构成抛光垫的3个要素。抛光垫必须对抛光液具有良好的保持性、在加工时可以涵养足够的抛光液、使CMP中的机械和化学反应充分作用。为了保持抛光过程的稳定性、均匀性和可重复性，抛光垫材料的物理性质、化学性质以及表面形貌等特性，都需要保持稳定。近年来，研究者们分别探究了三者对抛光垫性能的影响，并通过改变基体材质、改进基体制备工艺、优化抛光垫表面纹理及结构来提高抛光垫的质量，增强其性能稳定性。

CMP抛光垫的参数指标

       01抛光垫基体

       基体是抛光垫的主体部分，抛光垫基体的力学性能和表面微观结构在很大程度上影响着抛光垫的抛光性能。抛光垫基体通常用聚氨酯做成，因为聚氨酯（聚合物）有像海绵一样的机械特性和多孔吸水特性，多孔的特点能帮助传输磨料和提高抛光均匀性。而近年来，也在研究采用无纺布作为抛光垫基体材料，无纺布抛光垫的原材料聚合物棉絮类纤维渗水性能好，容纳抛光液的能力强，但是其硬度较低、对材料去除率低，因此会降低抛光片平坦化效率，常用在细抛工艺中。

       通常，材料去除率(MRR)会随着抛光垫基体的硬度和孔隙率的增加而增加，降低抛光垫的硬度可以明显减少晶圆表面划痕的数量。抛光垫表面的微孔尺寸越大，材料去除得越均匀。而此外，抛光垫表面形貌对表面接触应力和抛光液流动等都有影响，因此改变抛光垫材质、改善抛光垫表面形貌、向抛光垫中浸渍或向抛光垫表面喷涂特殊材料均可以改善基体的力学性能和表面微观结构，提高抛光垫的抛光性能。

       02抛光垫表面纹理
       抛光垫表面的沟槽和突起图案可以促进抛光垫表面抛光液的流动，增加抛光垫与晶圆之间的摩擦，对抛光产物的排出、抛光液利用率和MRR有着较大的影响，这是抛光垫制备的一大技术难点。目前抛光垫表面纹理主要有常见表面纹理、放射同心圆复合纹理、螺旋状纹理、葵花籽状纹理，抛光性能各有优劣。

常见的抛光垫表面纹理

       相较于表面纹路为同心圆状的抛光垫，表面纹路为复合纹路（如上图b所示）的抛光垫上抛光液分布得更加均匀，去除材料的均匀性更高，但是抛光液流动得较快，这样限制了化学反应，使得MRR值较低。目前，抛光垫表面纹理设计多基于几种常见形状的组合，或是根据仿生学进行设计，对表面纹理设计的理论研究得较少。

       03抛光垫结构
       除了优化抛光垫的表面纹理外，改进抛光垫的结构也可以提高抛光质量和效率。在抛光过程中，孔密度越高，抛光垫晶圆的接触比越高，沟槽图案晶圆的凹陷越明显，表面的划痕越少。

       对于聚氨酯抛光垫来说，抛光液只存在于工件与抛光垫的缝隙中，不能够渗透到抛光垫内部，这将影响抛光过程中反应产物的及时排出，造成抛光垫表面孔隙的堵塞，进而损伤晶圆表面，降低加工质量，因此会通过改进结构来改善这一点。

       抛光垫的结构除了会影响材料去除均匀性和晶圆表面质量，也会影响抛光垫基体的力学性能，进而影响材料去除率。目前大多从材料去除均匀性、晶圆表面质量等角度出发对抛光垫的结构进行改进，例如带绒毛结构的无纺布抛光垫硬度小、压缩比大、弹性好，常用于精抛工序中；复合型抛光垫采用“上硬下软”的两层结构，兼顾平坦度和非均匀性，同时在基体中加入了能溶于抛光液的高分子或无机填充物，能有效延长抛光垫的使用寿命并降低缺陷率，减少抛光液的使用量。

抛光垫根据材质结构不同的分类

       抛光垫市场现状

       CMP抛光垫主要用于对晶圆进行机械抛光，伴随晶圆产能快速扩张，加之我国晶圆代工厂数量不断提升，CMP抛光垫应用需求日益旺盛。

CMP细分抛光材料市场份额（%）

       全球CMP抛光垫代表企业包括美国陶氏杜邦、卡博特、Thomas West、Fojibo等。陶氏化学为全球最大CMP抛光垫生产商，占据市场近八成份额。与海外发达国家相比，我国CMP抛光垫行业起步较晚，受技术壁垒高、生产成本高等因素限制，需求高度依赖进口。近年来，伴随我国8寸晶圆不断扩产，CMP抛光垫行业景气度进一步提升，吸引众多企业纷纷布局其研发及生产赛道，带动市场国产替代进程不断加快。鼎龙股份、中芯国际、兴硅科技、万华化学、宏光研磨等为我国CMP抛光垫主要生产商。其中，鼎龙股份旗下子公司鼎汇微电子，已具备CMP抛光垫自主研发实力。

       作为CMP技术重要耗材，CMP抛光垫种类丰富，应用前景较好。伴随我国晶圆行业发展速度加快，CMP抛光垫市场需求将进一步增长。但目前，我国CMP抛光垫行业尚处于起步阶段，需求高度依赖进口。未来伴随本土企业自主研发实力提升，我国CMP抛光垫市场国产化进程将有所加快。

中国半导体材料市场规模（亿元）

       参考来源：

       1.化学机械抛光垫的研究进展，曹威、邓朝晖、李重阳、葛吉民（表面技术）；

       2. CMP抛光材料国产替代势不可挡，行业龙头长线价值凸显——半导体材料行业深度报告（东海证券）。