抛光垫技术行业技术壁垒高

2020年12月17日

从技术壁垒上看,抛光垫技术难点在需要持续试错,找到合适材料配方、稳定制作工艺及设计图案,从而获得较好的、稳定的抛光速率和抛光效果。

 

企业研究 CMP 耗材时间成本较高,中国电子展认为这可能需要较长时间来试错摸索工艺指标、产品配方等对物理参数及性能的影响结果,形成较深的 Knowhow 壁垒。

 

以抛光垫为例,由于抛光垫通常物理指标包含硬度、刚性、韧性、弹性模量、剪切模量、密度、可压缩性等各项机械指标,综合影响抛光效果,而如果结合考虑材料选择、温度选择、固化时长、搅拌时长等工艺步骤控制,按照三元变量简单推算其理论方案可能性至少在数万次至数百万次试验级别,因此对于企 业而言需要较长时间来试错摸索工艺指标、产品配方等对物理参数及性能的影响结果。

 

衡量抛光垫性能指标有较多,各项物理指标综合影响抛光效果,其中相对关键的指标在于孔隙率、孔隙均匀性等,其对抛光垫的各项物理性能指标及批次一致性影响程度较大。衡量抛光垫的技术指标主要包含硬度、刚性、韧性、弹性模量剪切模量、密度、可压缩性等机械物理性能。而其中由于抛光垫在材料配方一定的情况下,孔隙生成的密度和均匀性包含物理、化学及热处理等将直接影响各项抛光垫的物理指标。

 

目前孔隙生成方式包括惰性气体成孔、预聚物和糖类物质反应成孔等。但其具体生产工艺控制、化学材料选择、配方配比、图形设计等涉及大量 Knowhow。

 

由于涉及到设计及工艺需要企业长期的实践和摸索,抛光垫各系列产品参数及稳定性需要长期积累。

 

抛光垫的孔隙率越高和粗糙度越大,其携带抛光液的能力越强。抛光垫越粗糙,则材料去除率增大,这是因为表面粗糙度高的抛光垫与工件表面的接触面积减小, 而且粗糙的抛光垫表面可储存更多的抛光液, 因此作用在单颗磨粒上的力增大, 单颗磨粒的去除材料体积增大。抛光垫使用后会产生变形,表面变得光滑,孔隙减少和被堵塞,使抛光速率下降,必须进行修整来恢复其粗糙度,改善传输抛光液的能力,一般采用钻石修整器修整。

 

抛光垫的沟槽图形设计,也是影响抛光性能的核心指标。抛光垫沟槽的设计影响着抛光垫储存、运送抛光液的能力和表面局部应力梯度。抛光垫表面结构有平整型和带有不同沟槽型的。

 

抛光垫表面适度开槽后,储存、运送抛光液的能力显著增强,磨料分布更均匀、工件表面剪切应力高,因此抛光效率和质量都得到提高。

 

抛光垫表面上的槽本身起着类似于均匀分布磨粒的作用,它通过增加剪切应力保证材料去除率。抛光垫表面沟槽形式(平行与垂直交叉型或同心环形)、沟槽形状(V 型、U 型或楔型)、沟槽方向以及沟槽尺寸(深度、宽度和间距)等对磨料的分布和流动、抛光垫的寿命有着显著的影响。抛光垫沟槽的宽度要适度,太小体现不出开槽效果,太大会使得抛光效率变小,晶片的粗糙度也变差。抛光垫沟槽的深度对于抛光效果则没有明显的影响。

 

资料来源:

国信证券:《科技创新大时代,半导体 CMP 核 心材料迎来国产化加速期》

兴业证券:《抛光液龙头,半导体材料国产替代确定标的》

中信建投:《半导体材料系列报告(3)抛光液/垫:CMP 工艺关键耗材》