化学机械抛光（CMP）是集成电路制造中实现晶圆表面平坦化的核心技术，自0.35-0.25μm技术节点起便成为唯一可实现晶圆级平坦化的IC关键工艺。以铜互连CMP为例，抛光不足会导致铜残留短路，而过抛则引发碟形凹陷（Dishing），使导线截面积减小、电阻增大，在先进封装中甚至影响键合质量。随着制程微缩至5nm及以下，CMP的平坦化精度要求已进入亚纳米级控制范畴。在此背景下，抛光垫聚氨酯微孔不均、开孔率漂移等问题，已成为影响碟形凹陷、边缘过抛及片内非均匀性（WIWNU）超差的重要结构因素之一。
抛光垫作为CMP工艺中成本占比约三分之一的核心耗材，承担着抛光液输运、机械力传递和化学-机械环境维持的三重界面功能。其微孔结构犹如上墨滚筒的墨囊，负责储存抛光液、控制释放速率并确保磨料颗粒均匀分布。CMP性能由抛光垫、抛光液和修整器三者协同决定，微孔结构则是连接这些因素的物理载体。其均匀性直接影响接触应力分布与普雷斯顿系数稳定性，进而决定材料去除率（MRR）的均匀性和WIWNU的改善。孔结构尺寸与连通性还影响抛光液供给与副产物排出，最终共同决定CMP的表面质量与平坦化效果。
一：市场格局与产业
1.1 全球市场概览：多源数据交叉下的稳步增长
全球CMP抛光材料市场呈现稳步增长态势。据TECHCET数据，2025年全球半导体CMP抛光材料（含抛光液和抛光垫）市场规模为38亿美元，预计2026年将增长10.3%至42亿美元，2025—2030年复合年增长率为8.80%。另据QYResearch统计，2025年抛光垫与抛光液市场规模分别为12.21亿美元和23.01亿美元，预计2032年将达19.21亿美元和41.17亿美元。需指出的是，各机构统计口径存在差异——TECHCET统计的是CMP耗材整体市场（含抛光液与抛光垫），而QYResearch将抛光垫与抛光液分别统计，因此上述数据反映的是各自定义下的市场量级，不宜直接横向比较。
从历史趋势看，全球CMP抛光垫市场从2016年的6.5亿美元增长至2021年的11.3亿美元；2023年受行业周期影响收缩6.6%至13.6亿美元（此处的13.6亿美元应为抛光垫与抛光液合计口径），2024年预计增长8%至14.6亿美元，近五年复合年增长率为6.3%。据SEMI数据，CMP抛光材料约占集成电路制造晶圆厂材料（Wafer Fab Materials）成本的7%，在CMP材料成本结构中，抛光液占比最大（约49%），抛光垫次之（约33%）。随着逻辑芯片制程微缩（7nm以下CMP步骤达30次以上）和3D NAND堆叠层数持续攀升，CMP工艺步骤与耗材需求将持续增长，为抛光垫市场提供长期扩容动力。
1.2 芯球大战下的消耗量驱动
逻辑芯片领域，CMP工艺步骤数随制程微缩呈现显著增长趋势。据行业研究数据，180nm技术节点CMP步骤为10次，14nm节点增至21次，7nm及以下节点则进一步达到30次及以上。在5nm FinFET工艺中，CMP步骤可达18-20步，主要应用于前段（FEOL）和中间段（MOL）集成，包括浅沟槽隔离（STI）、多晶硅抛光、替换金属栅极（RMG）中的钨或钴金属化、以及后段（BEOL）铜互连等多个环节。65nm制程芯片需经历约12道CMP步骤，而7nm制程则增至30余道，增加超过1.5倍。
存储芯片方面，从2D NAND向3D NAND升级过程中，CMP抛光步骤由7次增至15次。主流厂商堆叠层数持续攀升：截至2023年，三星已量产236层（V8）3D NAND，美光232层（QLC）3D NAND已量产出货。此外据公开技术展示，三星电子近期利用单元多层键合（CMB）技术连接两片450层3D NAND，构建了全球首个900层超高堆叠3D NAND闪存原型，存储单元工作特性已得到验证——需注意该产品目前仍处于技术验证/原型阶段，尚未进入大规模量产。层数越高，CMP工艺步骤与复杂度同步攀升，将持续推动抛光耗材的需求增长。
1.3 海外先行者：专利布局与早期探索
全球CMP抛光垫市场高度集中，前五大公司合计市场份额超过90%，前三大公司均为美国企业。据QYResearch等机构数据，2022年全球前五大厂商（杜邦、英特格、富士纺、TWI、SK enpulse等）合计市场份额为92.36%，其中英特格市场份额约为10.5%。除杜邦/霓达杜邦外，主要参与者包括：
杜邦（DuPont）
旗下电子材料部门开发的IC1000系列被视为CMP硬垫的重要代表产品，其在全球硬垫市场占据主导地位。据不同机构统计，杜邦在全球CMP抛光垫市场的份额约为66%～70%。，相关CMP抛光垫业务现由杜邦与日本霓达的合资企业——霓达杜邦株式会社（NITTA DuPont Inc.）运营。该系列基于特殊聚氨酯材料构建了极小且均匀的微孔结构，通过表面沟槽设计实现抛光液在晶圆全表面的均匀分布。IC1000系列产品配方虽保持长期稳定，但20余年来其品质与均匀性持续提升。IC1000系列与Suba系列无纺布缓冲垫的组合使用，形成了“硬抛光层+软缓冲层”的经典解决方案，被全球主流晶圆厂长期采用。
除IC1000系列外，杜邦/霓达杜邦还布局了多产品线体系。VisionPad系列专为先进制程设计，通过优化孔径尺寸及特殊孔隙率的独家高分子材料，提供多样化的抛光特性选择；Ikonic系列作为新一代平台化产品，通过组合不同硬度与孔隙率的材料，配备可调式垫片表面，有效减少晶片缺陷；MH系列基于卓越的发泡控制技术，主要适用于硅晶片的初抛与半精抛工序，可满足200mm及300mm晶片的高平坦化需求。
Cabot Microelectronics（卡博特微电子，后并入英特格）
全球领先的CMP抛光液供应商，同时也是重要的抛光垫供应商。Cabot开发了关键的热塑性聚合物技术，采用挤出工艺实现了CMP抛光垫的连续化制造，有效降低了垫片间的批次差异。其Epic D100平台推出了多款针对特定应用的抛光垫产品——Epic D110-CU针对先进铜CMP应用优化，具有极短的磨合期和优异的缺陷率表现；Epic D120-STI针对先进浅沟槽隔离（STI）CMP应用，配合二氧化铈抛光液使用可显著改善缺陷率；Epic D150-W针对钨CMP应用，客户验证的垫片寿命比传统抛光垫延长三倍。Cabot专注于聚氨酯类抛光垫，可精确定制以满足各种应用要求。
富士纺控股（Fujibo Holdings）
日本企业，在软质抛光垫领域占据最大市场份额，在半导体绒面抛光垫市场持有约15%的份额。其POLYPAS系列超精密抛光垫专为硅片和各类半导体材料的超高精度抛光而设计。
SKC（SK 恩普士）
韩国企业，凭借SKC的聚氨酯技术经验成功实现了CMP垫片的国产化。SKC拥有从预聚体到CMP垫片的核心原材料自主开发和差异化生产能力，通过控制硬度及微孔实现低缺陷产品。主要产品包括HD-319B（通用硬质CMP垫）、HD-500C（缺陷/划痕降低型硬质CMP垫，密度0.75g/cm³，硬度Shore D 54）、SD-138B（缺陷/划痕降低型半硬质CMP垫，硬度Shore D 42）等。
JSR株式会社
日本企业，开发了独特的水溶性颗粒（WSP）复合技术和固体抛光垫技术，致力于实现低缺陷率的CMP抛光工艺。
1.4 国内追赶者：技术突破与产业化尝试
国内CMP抛光垫市场由国际厂商主导，但国产替代进程正在加速推进。
鼎龙股份：国内CMP抛光垫国产供应的龙头企业。据弗若斯特沙利文（Frost & Sullivan）数据，按2025年收入计算，鼎龙股份国产市场份额达38.5%，为中国第一大CMP抛光垫国产提供商；在全口径国内市场占有率约30%～35%，是中国第三大CMP材料提供商（含国际厂商），市场份额为16.8%。在技术布局上，鼎龙股份实行硬垫与软垫双线并进的战略。硬抛光垫以热固性聚氨酯树脂为核心材料，采用浇注成型方式生产，产品硬度较大，广泛用于STI、ILD、钨通孔、铜互连等环节。其位于武汉经济技术开发区的硬抛光垫生产线月产能已于2026年一季度提升至5万片。软抛光垫以热塑性聚氨酯树脂为核心材料，主要采用合成革湿法成型工艺生产。
万华化学集团电子材料有限公司：从原料端切入CMP抛光垫领域，已取得“一种具有均匀直立泡孔的化学机械抛光垫、制备方法及其应用”专利（公开号CN119609960A）。该专利技术通过将聚氨酯树脂、表面活性剂及黑色浆溶解在溶剂中配制成涂布浆料，均匀涂布于支撑层后浸入凝固浴中固化成型，再经表面砂光、压制沟槽等工序制得抛光垫。制备的抛光垫具有均匀直立泡孔，相比传统类型抛光垫能够赋予更均匀的抛光速率，延长使用寿命。
环龙新材是国内少有的同时掌握流延、吹膜和发泡三大核心制造工艺的TPU薄膜领域企业。2026年1月，环龙新材完成A+轮融资，由财通资本领投，粤科母基金跟投，本轮融资将主要用于CMP抛光垫等高端半导体耗材的研发与产业化落地。 02 技术路线深度解析 2.1 材料体系：聚氨酯——CMP抛光垫的基石 聚氨酯是CMP抛光垫最核心的基体材料，其应用优势源于独特的软段-硬段相分离结构。软段由聚醚或聚酯多元醇构成，赋予材料回弹性和韧性；硬段由异氰酸酯与扩链剂反应形成，提供强度和模量。通过调节软段/硬段比例、异氰酸酯指数及交联密度，可在宽范围内调控力学性能。核心原料组合包括异氰酸酯封端的预聚体、固化剂及发泡剂或填料，发泡剂的引入赋予材料多孔结构，是发泡工艺的物质基础。 2.2 工艺总览：产品分类与技术路径 按照产品类型的不同，CMP抛光垫可分为硬质抛光垫和软质抛光垫两大类别，二者在核心材料和成型工艺上存在本质差异：硬质抛光垫以热固性聚氨酯为原料，采用浇注成型工艺；软质抛光垫以热塑性聚氨酯为原料，主要采用湿法成型或涂覆成型工艺。 发泡工艺是CMP抛光垫微孔结构形成的核心技术环节，它解决的是“如何在聚氨酯基体中形成均匀微孔”的问题。发泡工艺与产品类型之间并非一一对应关系：硬质抛光垫的发泡通常在浇注成型过程中通过化学反应完成；软质抛光垫的微孔则在湿法成型的相分离过程中自然形成，或通过在原料中添加发泡剂、中空微球等方式实现。 2.3 硬质抛光垫：浇注成型与反应发泡的一体化工艺 硬质抛光垫以热固性聚氨酯树脂为核心材料，采用浇注成型方式生产。其制备经过原料混合、浇注固化和切片加工三个阶段：预聚体与扩链剂在特定条件下混合后浇注至模具中固化成型，形成聚氨酯浇注体，再经切片获得片状抛光垫。 该工艺的核心在于浇注与发泡的一体化。在原料混合阶段，配方中已包含发泡体系——水与异氰酸酯反应生成CO₂气体，在聚氨酯浇注和固化过程中原位形成微孔结构，这一“浇注发泡成型”（Cast-Foam-Molding）工艺使得泡孔的形成与聚合物基体的固化同步完成。杜邦/霓达杜邦的IC1000系列即是该工艺的典型代表，围绕“配方-温度-时间”的工艺窗口已积累了超过二十年的数据库。泡孔尺寸和分布主要由水含量、催化剂、表面活性剂等配方参数控制，属典型的反应发泡路线。挑战在于浇注和固化过程中体系热量分布不均可能影响泡孔结构和力学性能的一致性，因此该工艺的技术壁垒较高。 2.4 软质抛光垫：湿法成型与多路径发泡工艺 软质抛光垫以热塑性聚氨酯为核心材料，主要采用合成革湿法成型工艺生产。该工艺本质上是相分离技术：将TPU溶解于DMF等有机溶剂配制成涂布浆料，均匀涂布于无纺布支撑层上，随后浸入水浴中。由于DMF与水互溶而聚氨酯不溶，溶剂从浆料扩散进入水相、水进入浆料相，导致聚氨酯凝固成固态多孔结构，再经水洗去除残留溶剂、烘干定型，最终得到具有微孔结构的软质片材。 在发泡工艺方面，软质抛光垫存在多条技术路径：其一，微孔在湿法成型的相分离过程中自然形成，通过调节浆料配方（聚氨酯浓度、溶剂种类、添加剂）和凝固工艺参数（浴温、浸渍时间）即可精确控制孔径、孔隙率和孔连通性；其二，引入物理发泡剂（低沸点化合物），通过升温或降压使其气化发泡，工艺控制变量扩展至温度与压力——环龙新材在该方向已实现CMP抛光垫量产；其三，在聚氨酯原料中加入中空微球聚合物等预制填料来实现多孔结构——鼎龙股份已全面掌握热膨胀聚合物微球的自主研发与产业化能力，打破了此前被美资企业独家供应的局面。此外，超临界流体发泡（利用超临界CO₂或N₂通过快速泄压实现均匀成核）正在探索中，目前处于从实验室向产业化过渡的阶段。软质抛光垫应用场景极为丰富——既可作为硬抛光垫的缓冲层，也广泛用于晶圆精抛、铜阻挡层抛光、晶背减薄、大硅片及碳化硅衬底抛光等。 2.5 无纺布抛光垫：涂覆成型工艺 无纺布抛光垫是软质抛光垫的重要子类，采用涂覆方式生产：将溶剂、聚氨酯树脂、碳粉、助剂经充分搅拌形成粘稠浆料，通过生产线涂覆于无纺布表面，经浸渍凝固后产出成品。部分产品采用两步法——无纺布先浸渍聚氨酯浆料，部分溶剂在水浴中去除，再在烘箱中去除剩余溶剂。该工艺可通过调整聚氨酯与无纺布的复合比例来调节抛光垫的力学性能。 无纺布抛光垫的微孔结构主要来源于无纺布纤维间的天然空隙以及聚氨酯涂层的多孔性。该类型垫因渗水性好、抛光液能渗透至垫体内部而更充分发挥化学作用，通常用于细抛和精抛工序。霓达杜邦的SUBA系列无纺布缓冲垫即采用该工艺制备，与IC1000系列硬垫组合形成的“叠层垫”（Stacked Pad），是CMP领域实现“硬抛光层+软缓冲层”优势互补的经典方案。万华化学的相关专利中也描述了将聚氨酯浆料均匀涂布于支撑层的工艺方法。2.6 小结：多工艺路径的并行与融合 CMP抛光垫的生产工艺根据产品类型形成了多条并行路径。硬质抛光垫以热固性聚氨酯浇注成型为核心，鼎龙股份、杜邦/霓达杜邦、SK enpulse等企业采用该路线；软质抛光垫以热塑性聚氨酯湿法成型为核心，鼎龙股份是国内的典型代表；无纺布抛光垫通过涂覆浸渍工艺制备，霓达杜邦SUBA系列、万华化学专利技术均涉及该工艺。发泡工艺作为贯穿各类产品的共性技术环节，反应发泡是产业化的绝对主流，物理发泡已有量产突破，中空微球技术则代表了预制孔结构的差异化路径，超临界发泡处于产业化前期。 03 超临界发泡 下一代工艺的机遇与挑战 超临界发泡技术利用超临界CO₂或N₂作为发泡剂，借助其兼具液体溶解能力与气体扩散系数的独特物性，在聚合物熔体中实现分子级别的均匀混合，随后通过快速泄压引发瞬间、高密度的均匀成核。与依赖化学反应产气的反应发泡法和物理发泡法相比，超临界发泡在泡孔均匀性上具有显著优势：反应发泡泡孔分布较宽，物理发泡易并泡，而超临界发泡可获得高度集中的泡孔尺寸分布；在残留物风险方面，反应发泡引入催化剂和化学副产物，物理发泡存在低沸点发泡剂残留，超临界发泡则无化学残留，对半导体制造的洁净度要求更为友好。实现均匀泡孔的必要前提是聚合物体系具备足够的熔体强度以支撑泡孔生长，聚氨酯的软段-硬段相分离结构恰好为此提供了分子层面的结构基础，为超临界发泡在CMP抛光垫领域的应用提供了材料适配性的先天优势。 从CMP工程视角看，泡孔结构对抛光性能的影响机制是理解超临界发泡技术价值的核心。微孔尺寸分布均匀性直接影响修整后表面粗糙度更新的稳定性，这是维持材料去除率长期一致性的关键；开孔率高低决定抛光液更新效率——过低则新鲜抛光液无法及时到达抛光界面，过高则化学反应时间不充分；孔壁骨架刚度则决定抛光垫在压力下的真实接触面积，进而影响微观接触应力分布和材料去除的选择性。超临界发泡对CMP的真正价值，不仅在于把泡孔做小做匀，更在于为上述工程需求提供了独立可控的调控维度。但抛光垫的整体性能仍取决于聚氨酯交联网络、硬度、回弹性、沟槽设计等多维度的协同优化，这些系统级壁垒并不会因发泡技术的更替而消失。 从产业化角度看，如何精确控制连通率是超临界发泡技术面临的核心工程挑战。更关键的是，抛光垫在使用过程中需持续修整以恢复其粗糙度和抛光液承载能力，修整过程不断暴露新的微孔和聚氨酯骨架，因此发泡结构不仅决定初始性能，还决定使用寿命和性能衰减曲线。从实验室到量产的鸿沟体现在设备投资大、工艺窗口窄、泡孔结构与力学性能协同优化需要大量数据积累、批次一致性控制难度高、下游晶圆厂验证周期长等多个层面。当前阶段判断，超临界流体发泡技术已在聚氨酯抛光垫领域展现出应用前景，有望成为未来CMP抛光垫微孔结构调控的重要技术方向，但距离大规模工业化量产仍有距离。 04 结论与展望 全局平坦化是系统工程，其起点在于微孔的精确调控，这正是发泡技术的核心价值所在。聚氨酯抛光垫的微孔结构不仅赋予表面必要的粗糙度以承载磨料颗粒，更通过其尺寸分布、孔密度及开闭孔比例，直接影响抛光液的传输效率与分布均匀性。然而，微孔并非孤立变量，它与抛光垫的宏观力学性能（硬度、模量、回弹性）共同决定了抛光界面的真实接触状态与接触应力分布，进而影响普雷斯顿系数的稳定性。因此，材料去除率（MRR）的均匀性与片内非均匀性（WIWNU）的改善，本质上依赖于从聚氨酯分子结构设计到最终应用验证的全链条多尺度协同优化。 未来产业竞争的关键在于打通“原料设计—精密工艺—性能仿真—应用验证”的全链条能力，这不仅要求企业掌握先进发泡技术，更需具备聚氨酯分子设计与装备开发的核心竞争力。在此过程中，原料企业与抛光垫制造商之间的深度协同创新将加速技术迭代，推动国产CMP抛光垫向高端化迈进。随着国产化率的持续提升（鼎龙股份已占据国内近四成国产市场份额），中国企业在全球产业格局中的话语权有望进一步增强。超临界发泡等新一代精确调控技术，则为微孔结构的工程化实现提供了全新的技术路径，或将成为重塑CMP抛光垫产业竞争格局的重要变量。
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