化學機械拋光（CMP）是將機械削磨和化學腐蝕組合的技術，它借助超微粒子的研磨作用以及漿料的化學腐蝕作用，在被研磨的介質表面（如單晶硅片、集成電路上氧化物薄膜、金屬薄膜等）上形成光潔的平面，它克服了傳統的化學拋光所具有的拋光速度慢、容易導致拋光霧斑以及機械拋光所具有的易產生機械損傷、拋光精度低的缺點，現已成為半導體加工行業的主導技術。
硅晶圓
化學機械拋光作為目前僅有的全局化平坦技術，廣泛應用于藍寶石、集成電路、硬盤、光學玻璃等材料的表面精密加工。隨著半導體行業飛速發展，器件尺寸減小，銅線互聯層數增加，新材料如Ⅲ-V族半導體材料、摻雜氧化物材料和新結構如MEMS、TSV、3D結構和新型納米器件等的出現，對化學機械拋光提出了更多的要求和挑戰。
CMP設備簡圖
01磨料在拋光液中的作用
磨料是CMP漿料中的主要成分，在CMP過程中起到的兩個作用為：（1）機械作用的實施者，起機械磨削作用；（2）傳輸物料的功能，不僅將新鮮漿料傳輸至拋光墊與被拋材料之間，還將反應物帶離材料表面，使得材料新生表面露出，進一步反應去除。選擇磨料時，應優先考慮分散性好，流動性好，硬度適中，易于清洗的磨料。
02二氧化硅溶膠的優勢
目前，在CMP工藝中，常用的磨料主要包括二氧化硅溶膠、二氧化鈰和氧化鋁，其中二氧化鈰的優點是其拋光速率快、硬度小、穩定性好，但目前采用的二氧化鈰大都是機械研磨形成的，其顆粒粒徑分散度大，粘度也較大，此外，它拋光時的高低選擇比也比較差，價格也較為昂貴。氧化鋁則因為其硬度較大，對軟質工件進行拋光時易劃傷工件表面，不太適用于較軟質地工件的拋光。而二氧化硅溶膠其膠粒尺寸在1-100nm，其膠粒具有較大的比表面積，高度的分散性和滲透性，因此拋光工件表面的損傷層極微；另外，二氧化硅的硬度和硅片的硬度相近，因此也常用于對半導體硅片的拋光。總的來說二氧化硅溶膠具有粒徑可控、硬度適中、粘度較小、粘附性低、拋光后易清洗等優點。
不同類型的拋光液（從左到右依次為二氧化硅拋光液、二氧化鈰拋光液和氧化鋁拋光液）
03研制國產CMP拋光液迫在眉睫
隨著電子消費市場的不斷擴大，全球CMP市場也在不斷擴大，對CMP消耗品的需求也在不斷增加，而在CMP拋光材料中拋光液的價值量占比無疑是巨大的。然而在全球CMP拋光液市場中，中國起步較晚，安集微電子在全球CMP拋光液的市場占有率也僅有2%。
2014-2020年全球CMP消耗品市場規模增長圖
（左）CMP拋光材料價值量占比圖；（右）全球CMP拋光液市場格局圖
貿易爭端加劇，國內CMP材料企業應抓住國產替代良機。18年中興事件、19年華為被禁等，極大地推動半導體產業鏈國產化進程。以中芯國際為代表的國內下游晶圓制造廠商為了產業鏈安全可控，在半導體材料方面給予了國內企業更多的機會。由于集成電路設備和原材料具有較高的技術要求和較長的認證門檻，CMP拋光液的國產化進程只能采取循序漸進的過程，從小批量送樣開始，逐步過渡到大批量替代，從而完成全部的國產化過程。
國產替代路徑
參考來源：
（1）新型CMP用二氧化硅研磨料，劉玉嶺、張建新。
（2）藍寶石襯底的化學機械拋光工藝研究，趙之雯。
（3）納米磨料在二氧化硅介質CMP中的作用分析，檀柏梅、牛新環、時慧玲、劉玉嶺、崔春翔。
（4）化學機械拋光液的發展現狀與研究方向，彭進、夏琳、鄒文俊。
（5）氧化鋁/二氧化硅復合磨料的制備及其CMP性能研究，汪亞軍。
（6）二氧化硅磨粒結構對單晶硅表面微觀去除的影響研究，齊亞瓊。
（7）新型硅基拋光磨料的研究進展，王丹、秦飛、劉衛麗、孔慧、宋志棠、施利毅。
（8）藍寶石晶片化學機械拋光液的研制，李樹榮。
（9）科技創新大時代，半導體CMP核心材料迎來國產化加速期，國信證券經濟研究所。
（10）半導體材料系列報告（3）：拋光液/墊：CMP工藝關鍵耗材，中信建投證券研究發展部。
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來源：中國粉體網