近日，多家企業已披露2024年半年度業績預告，其中鼎龍股份業績亮眼。公司預計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，受國內半導體及OLED顯示面板行業下游稼動率以及公司產品市占率提升的影響，公司光電半導體板塊業務實現業績增長。

       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現銷售收入約1.64億元，環比增長21.93%，同比增長92.77%。CMP拋光墊銷售大幅增加，產品核心上游原材料量產自主化，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”

       化學機械拋光(CMP)可實現整個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，達到表面平坦化。

       而CMP拋光墊是負責輸送和容納拋光液的關鍵部件。在拋光的過程中，CMP拋光墊主要有四個作用：

       1）建立拋光液循環，并使拋光液有效均勻分布至整個加工區域；

       2）去除晶圓表面殘留物；

       3）去除傳遞材料機械載荷；

       4）維持拋光過程所需的機械和化學環境。

       此外，CMP拋光墊必須對拋光液具有良好的保持性，在加工時可以涵養足夠的拋光液，使CMP中的機械和化學反應充分作用。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、結構、制備工藝等進行的。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，制備成多孔結構的發泡材料。而基體是拋光墊的主體部分，拋光墊基體的力學性能和表面微觀結構在很大程度上影響著拋光墊的拋光性能。就基體材料而言，可以根據是否含有磨料，材質和表面結構的不同四種方式進行分類。根據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；根據材質的不同，也可分為聚氨酯拋光墊、無紡布拋光墊和復合型拋光墊；根據表面結構的不同，又可分為平面型拋光墊、網格型拋光墊。

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

       CMP拋光墊的“軟與硬”

       化學機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行多次拋光，如28nm制程的芯片需要進行12次拋光處理，10 nm制程要進行多達30次的拋光，否則，無法達到制備高精度芯片的制程需要。隨著芯片產業的快速發展，拋光墊技術在集成電路制造產業中的地位越來越重要，且我國有著廣闊的市場需求。

       根據表面形態結構和硬度，拋光墊產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凹型溝槽以達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成分或多孔結構來協助傳送拋光液并進行拋光，可以實現更好的表面平坦化品質，降低表面缺陷。

       據鼎龍股份介紹，CMP拋光硬墊三大核心原材料——預聚體、微球、緩沖墊。其中CMP拋光墊中的熱膨脹聚合物微球是技術壁壘最高的微球產品，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，提供化學腐蝕所需的微反應場所，對拋光墊去除速率、拋光缺陷以及平坦化效率等指標都有著至關重要的作用。然而這種微球產品一直被美資企業獨家供應，在2021年這家企業宣布停產，這使得全球CMP拋光墊廠商面對“斷供”。為了保障CMP拋光墊供應鏈的安全，鼎龍啟動了微球自主化項目，目前，鼎龍股份結合物理化學及高分子合成等多項平臺技術，已開發出空心微球系列產品，性能指標與原廠媲美。

       預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供。鼎龍股份在18年便啟動了原材料自主化項目，依托于鼎龍股份高分子和有機合成平臺技術積累，經過兩年的攻堅，終于完成預聚體的全面自主化，平穩完成自主預聚體的替代工作。

       CMP拋光墊行業壁壘高筑，國產替代提速中

       上面我們提到的溝槽是拋光墊的表面結構特性之一，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和剪切應力。常見的溝槽形式有放射型、網格型、圓環型以及螺旋對數型等，復合型拋光墊普遍比單一型效果更優，有學者研究發現負螺旋對數型拋光墊與晶片之間的摩擦系數最大，拋光效率最高。此外，表面溝槽的尺寸過大會導致晶片表面的新拋光液越少，溝槽傾角為20度時的拋光效率和加工區溫度最高，機械去除速率較高。

       此外，拋光墊通常表面充滿微孔，可用于儲存運輸拋光液和磨料顆粒，并且能耐受拋光液中化學物質的侵蝕，能及時排除拋光產物，從而對材料去除產生影響。研究發現拋光墊表面強度隨著孔隙率的增加而減小；孔徑越大其運輸能力越強，但孔徑過大時又會影響拋光墊的密度和強度。顯然，孔隙率、孔隙均勻性是另一重要指標，其對拋光墊的各項物理性能指標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、預聚物和糖類物質反應成孔等。但其具體生產工藝控制、化學材料選擇、配方配比、圖形設計等涉及大量 “Know how”。

       最后是客戶認證。晶圓代工廠要求拋光材料具有極高的良品率，所以其一旦形成穩定的供應鏈體系就不會輕易更換；另一方面，進入晶圓廠供應鏈的材料企業也會高筑專利“護城河”來保護自身利益，圍剿新興企業。對新興企業來說，前期需要投入大量研發時間來找到合適配方、穩定制作工藝及設計圖案，從而獲得理想的拋光效果，晶圓代工廠不愿為新企業試錯成本買單，因此新興企業往往難以進入成熟的供應鏈體系。

       再來看市場格局。

       目前，CMP拋光墊市場呈現“一家獨大”的局面，美國陶氏杜邦公司占據了拋光片市場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品。

       近些年，隨著國內企業技術的逐漸積累，將在未來市場占據更大的空間。在CMP拋光墊材料領域，目前國內鼎龍股份率先打破國外壟斷，實現從1-N的突破，其拋光硬墊在28nm以上節點實現了全面覆蓋，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，也有不少新型企業正在加速布局。萬華化學在煙臺經濟技術開發區內建設大規模集成電路平坦化關鍵材料（拋光墊+拋光液）項目，建成后希望實現60-100萬片/年產能；寧波贏偉泰科2019年開始進軍拋光材料領域，業務涉及拋光墊及保持環；上海芯謙于2021年擬投資1億元建設一條年產10萬片的半導體用拋光墊生產線。博來納潤面向半導體和消費電子為三安光電、天岳先進、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3億元新建半導體芯片拋光墊生產基地。

       可以看出，國內CMP拋光墊供應商大多得到的中國大陸或者中國臺灣主流晶圓廠的驗證和訂單，大部分企業也在加速進入“賽道”。但在國際市場上，仍有較大的開拓潛力，國產替代空間巨大。我們希望國內更多資本、從業者、創業者能夠關注這個領域，但更希望進入賽道的玩家能夠減少內卷將重復建設的資源與精力投向國內真正稀缺的空白與國產替代。為我國CMP產業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展

       王海等：化學機械拋光墊在集成電路制造中的專利技術分析

       周國營等：芯片超精密拋光用CMP拋光墊研究進展

       集成電路材料研究：淺析CMP拋光墊技術與市場

       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