
芯片制造被誉为现代工业皇冠上的明珠,也是中国现阶段重点攻克的高端产业。虽然聚氨酯材料应用领域主要集中在建筑保温、家具家电、汽车、鞋材服装等行业,但是在芯片制造中,也不乏聚氨酯材料的影子---例如CMP抛光垫。
CMP,全称为Chemical Mechanical Polishing,即“化学机械抛光”,是一种目前非常流行的磨粒机械磨削和抛光液化学腐蚀作用组合的抛光技术。CMP在化学抛光和机械抛光的基础上发展而来,但同时又克服了传统机械抛光和化学抛光的缺点。CMP设备包括 抛光、清洗、传送三大模块,其作业过程中,抛光头将晶圆待抛光面压抵在粗糙的抛光垫上,借助抛光液腐蚀、微粒摩擦、 抛光垫摩擦等耦合实现全局平坦化。
芯片晶圆制造主要包括7大流程,分别是扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、化学机械抛光(CMP)、金属化,其中CMP技术是晶圆制造的必须流程之一,对高精度、高性能晶圆制造至关重要。集成电路产业链可分为硅片制造、集成电路设计、集成电路 制造、封装测试等四大领域,除集成电路设计领域外,其他三大领域均有CMP的应用场景。
芯片晶圆加工制造通常要求达到纳米级的平整度,而CMP抛光最大的优点就是能使加工表面实现纳米级的全局平坦化,满足集成电路特征尺寸在0.35μm以下的超精密无损伤表面加工。CMP技术是集成电路(芯片)制造过程中实现晶圆表面平坦化的关键工艺,是集成电路制造中推进制程技术节点升级的重要环节。
CMP技术所采用的设备及消耗品包括:抛光机、抛光浆料、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等。抛光机、抛光浆料和抛光垫是CMP工艺的3大关键要素,其性能和相互匹配决定CMP能达到的表面平整水平。在抛光这个工艺中,最重要的两种材料是抛光液和抛光垫。
CMP抛光垫要求具有良好的耐腐蚀性、亲水性以及机械力学特性。最常见的是由硬质多孔聚氨酯泡沫制成,并带有狭窄的高纵横比凹槽图案。聚氨酯具有良好的弹性和耐磨性,可以在不断的磨料作用下保持相对稳定的性能。同时,在抛光过程中,刚性发泡聚氨酯抛光垫表面微孔(机械特性和多孔吸水特性)可以软化和使抛光垫表面粗糙化,并且能够将磨料颗粒保持在抛光液中。
这些微孔还能起到收集加工去除物、传送抛光液以及保证化学腐蚀等作用,有利于提高抛光均匀性和抛光效率。
全球抛光垫市场集中,其中仅陶氏化学就占全球70%以上的市场份额。过去,国内抛光所用CMP抛光垫,几乎全部依赖进口。近年来,随着芯片国产化进程的加速,CMP抛光垫这一细分领域也有不少相关企业跃跃欲试,如万华化学在2022年就计划建设CMP Pad研磨垫年产量60万片/年。相信未来,CMP研磨垫这一聚氨酯高端应用国产化程度会持续提高。