定義
CMP（Chemical Mechanical Planarization / Polishing，化學機械平坦化）是利用化學反應與機械研磨同步移除材料，使晶圓、玻璃載板或封裝基板表面達到高平坦度。它是前段多層金屬互連、TSV / TGV、玻璃載板與先進封裝大面積製程的重要節點。
圖解
圖說：CMP 製程中，晶圓倒置接觸研磨墊，slurry 提供化學反應與磨粒，conditioner / diamond disk 持續修整 pad 表面以維持孔隙與研磨速率。
圖說：CMP 道次隨先進節點快速增加，野村整理 65nm 約 15 道、14nm 約 28 道，1.6nm 技術約需 70 道 CMP。
應用位置
| 應用 | CMP 角色 | 相關技術 |
|---|---|---|
| 晶圓前段 / BEOL | 金屬層、介電層平坦化 | 先進製程 |
| TSV / 3D IC | 通孔填銅後平坦化 | 技術_TSV |
| TGV / 玻璃載板 | 電鍍銅後平坦化、TTV 控制 | 技術_TGV、技術_玻璃芯基板 |
| CoPoS / FOPLP | 方形 carrier / 大面積 RDL 平坦度控制 | 技術_CoPoS、技術_FOPLP |
| SoIC / hybrid bonding | 鍵合前介電層與銅 pad 超高平坦度控制 | 技術_SoIC |
| BSPDN / BPD | 背面供電導入後增加 wafer bonding、thinning 與 CMP 需求 | 技術_BSPDN |
| CFET / monolithic 3D | 多層電晶體堆疊、低溫整合與局部互連前的平坦度控制 | 技術_GAA、技術_混合鍵合 |
關鍵材料與耗材
CMP slurry
CMP slurry 是 CMP 的化學與機械反應核心，由研磨顆粒與多種化學添加物組成，配方依研磨目標調整。
| 組成 | 功能 |
|---|---|
| 研磨顆粒 | 直接研磨晶圓表面並移除多餘金屬或介電材料；常見材料包括 colloidal silica / silica gel、ceria 等金屬氧化物，以及 tungsten、copper 等研磨對象相關材料 |
| Oxidizer | 氧化金屬表面，協助後續機械移除 |
| Chelating agent | 與金屬離子形成錯合物，提高金屬溶解與鈍化層控制 |
| Corrosion inhibitor | 保護凹陷表面，避免金屬腐蝕造成平坦度惡化 |
| Surfactant | 降低界面張力並改善清洗效果 |
| pH adjuster | 控制 slurry pH，提高移除率與穩定性 |
Tungsten CMP 通常用於記憶體 IC 製程；copper CMP 主要用於 130nm 與更先進邏輯節點。隨 IC 製程複雜化，每片晶圓會經過多道甚至數十道 CMP：65nm 約 15 道，14nm 約 28 道，1.6nm 技術約 70 道。
CMP pad 與 conditioner
CMP pad 是鬆散多孔結構，由纖維矩陣構成；pad 表面孔隙讓 slurry 流動，也暫存研磨碎屑以便後續沖洗。CMP pad 屬消耗品，正常使用壽命約 45-75 小時，記憶體是最大下游應用。
CMP conditioner 又稱 diamond disk / DBU，用來刮除被壓實或 slurry 殘留物鈍化的 pad 表面，重新打開孔隙、恢復微突起並維持 slurry 分布。野村估 2025 年半導體 CMP pad conditioner 市場約 USD400mn，4-6 家主要玩家合計掌握 70-80% 市佔，包括 Asahi Diamond、3M、SAESOL Diamond。1560_中砂（市） 是台灣主要 CMP pad conditioner / DBU 供應商，野村指出其在 TSMC N2 節點約有 80% 份額。
設備瓶頸
- 薄玻璃或大尺寸 panel 易破片，載台吸附與壓力控制難度高。
- 銅、玻璃、介電層材料去除率不同，需要研磨液與壓力曲線匹配。
- TTV / 翹曲控制要求高；玻璃載板目標常落在微米級平坦度。
- 大面積製程下，邊緣均勻性與良率管理是量產關鍵。
- Hybrid bonding 對潔淨度與表面平坦度要求極高：野村引述介電層平坦度門檻約 0.5nm、銅 pad 約 1nm；為達到正確 dishing profile 與高表面平滑度，需要多道 CMP 並搭配低 / 高銅移除率 slurry。
- BPD / BSPDN 從 2027F 起隨 TSMC A16 放量成為 CMP 增量來源；野村估 A16 / A12 為 BPD ready，相關製程會帶動半導體晶圓、bonding、thinning 與 CMP 需求，A16 初期約需 20-30% 更多 CMP process per wafer。
- CFET、sequential 3D integration 與 logic-memory fusion 若進入研發/量產轉換，CMP 的角色會從傳統金屬互連平坦化，延伸到多層元件堆疊前的表面整備、overlay 可控性與 bonding 前缺陷抑制。
台灣供應鏈觀察
| CMP 系統分類 | 核心元件 / 材料 | 國際霸主 | 台灣廠商 | 角色 |
|---|---|---|---|---|
| 主機台結構 | CMP Polishing Mainframe 空氣軸承、機械手臂、Platen 腔體 |
Applied Materials（美） Ebara 荏原（日） |
3413_京鼎（市） | 應材最核心精密腔體與模組代工廠 |
| 6196_帆宣（市） | 高階原廠機台組裝代工 | |||
| 研磨頭組件 | Membrane / Bladder / Retainer Ring 橡膠隔膜、保持環精密加工與翻修 |
Applied Materials（美） Kinik（日） |
6532_瑞耘（櫃） | 台灣最純研磨頭隔膜與保持環國產化大廠 |
| 1560_中砂（市） | 研磨頭耗材翻修與精密零件 | |||
| 研磨墊（Polishing Pad） | 聚氨酯硬墊（IC-1000 型）/ 非織布軟墊（Suba 型） 晶圓與研磨液的主要接觸介面，決定材料去除率與平坦度 |
DuPont / CMC Materials（美） | 7768_頌勝科技（市） | BSPDN 背面研磨使每片晶圓研磨道次增加 40–60 回，研磨墊消耗量直接放大；TSMC 在地化採購政策受惠 |
| 研磨與再生 | Diamond Disk（鑽石碟） 刮除鈍化 Pad 並重新釋放微孔 |
3M（美） | 1560_中砂（市） | 全球先進製程鑽石碟龍頭；TSMC 2nm 產線市佔率極高 |
| 關鍵化學品 | Slurry（氧化鈰研磨液）/ Clean Solution GAA 前段高選擇性研磨液與後清洗液 |
Entegris（美） DuPont（美） Fujimi（日） |
1773_勝一（市） | 先進製程化學品重要調配與清洗液代工廠 |
| 1717_長興（市） | 供應中高階研磨墊與部分研磨液 | |||
| 精密檢測 | TEM 材料分析（MA / FA） 原子級晶圓切片與結構起伏觀察 |
晶圓廠研發，良率爬坡必備 | 6830_汎銓（市） | 2nm 材料分析領先者；獨家低溫保護膜技術，不破壞微細空腔 |
| 3587_閎康（櫃） | 亞太區檢測分析龍頭 | |||
| 廠務與永續 | DIW 超純水與研磨液回收系統 廢水處理、氧化鈰高價磨料純化回收 |
Kurita 栗田工業（日） | 6944_兆聯實業（市） | 台積電最核心廠務水處理與廢水回收大廠；陶瓷膜過濾回收 Slurry |
投資觀察
1. 結構轉變驅使消耗品（Consumables）需求暴增
TSMC N2 大產能建置，加上 A16 BSPDN 製程導入（晶圓需翻過來磨背面），單片晶圓所需 CMP 道次呈倍數成長。1560_中砂（市）（鑽石碟）與 6532_瑞耘（櫃）（Membrane / 保持環翻修）這類與晶圓產出量（Wafer Start）高度綁定的廠商直接受惠。
2. 材料分析（MA）成為不敗的隱形軍火商
GAA 立體電晶體極易因研磨應力不均而崩塌，製程良率拉升高度依賴 TEM 切片。6830_汎銓（市） 憑藉不破壞微細空腔的低溫保護膜技術壁壘，完全不受設備大廠誰輸誰贏影響，通吃先進製程紅利。
3. ESG 回收商機
高階氧化鈰（Ceria）研磨液全球資源受限且報價昂貴，晶圓廠對廢液純化重用需求迫切。6944_兆聯實業（市） 的陶瓷膜過濾與凝聚技術能有效協助晶圓廠回收 Slurry，在永續半導體指標中扮演重要角色。
4. 研磨墊（Polishing Pad）——BSPDN 每片晶圓額外 40–60 道
A16 BSPDN 製程需要將晶圓翻面進行背面 CMP，每片晶圓的研磨墊接觸回合大幅增加。7768_頌勝科技（市） 供應 CMP 研磨墊，研磨道次倍增直接帶動需求；TSMC 在地化採購政策提供額外競爭優勢，法人估 2026F EPS +147% YoY。
其他觀察
- 玻璃載板、CoPoS、FOPLP 若走向量產，CMP 的角色會從前段晶圓延伸到大面積封裝載體。
- CFET / FeFET 這類 logic-memory fusion 方向尚屬長期研究，但它把平坦化、低溫製程、鍵合與背面供電拉成同一條 3D integration 投資主線。
- CMP 受惠不只在設備，也在研磨墊、研磨液與清洗耗材（修整碟最直接）。
- 對台廠而言，玻璃載板 CMP 是比前段高階 CMP 更有機會建立差異化的切入點。
機台架構
整體運作示意
- Carrier：夾持晶圓並施加向下壓力（Pressure）
- Polishing Pad / Polishing Platen：旋轉研磨墊平台
- Slurry：研磨液（含 Fumed Silica / Colloidal Silica 磨料）
- Conditioner：修整器，持續整修研磨墊表面以維持研磨速率穩定
研磨頭底部切面（3D）
- Retainer ring：環繞晶圓外緣，防止研磨過程中晶圓偏移
- Wafer：置於 carrier 底部，正面朝下接觸研磨墊
- Polishing Pad Platen：旋轉平台
研磨頭核心元件
研磨頭（Carrier Head）是掌控晶圓研磨表現的控制中樞，三大核心元件各司其職。
Carrier Membrane（橡膠隔膜）
- 真空吸附：內部極微小真空孔道，抽真空時將晶圓牢牢吸附在研磨頭下方（Wafer Pick-up）
- 下壓力傳導：均勻、柔和地將氣體壓力傳導到整片晶圓背面，避免硬碰硬造成晶圓碎裂
- 材質：高純度氟橡膠（Viton）或矽膠（Silicone），耐強酸鹼且不釋放雜質離子；表面微米級霧面微結構（Texture）防止晶圓滑移
Multi-Zone Bladder（多分區氣囊）
- 隱藏在 Membrane 正後方，由金屬或硬質塑料隔板分為 5–7 個同心圓分區（Zones）
- 動態局部施壓：對不同 Zone 充入微幅不同氣壓（如中心 4.2 psi、邊緣 3.8 psi），強迫 Membrane 微幅變形，精細調整接觸力道，達奈米級全局平坦度
- 技術難點：考驗高速閉迴路控制演算法（Closed-loop Control）與氣壓反饋靈敏度；若氣囊漏氣跨區（Cross-talk），整顆研磨頭需報廢翻修
Retainer Ring（保持環）
- 獨立高硬度精密環狀零件，安裝在研磨頭最外圈圍繞晶圓側邊
- 物理防飛出：確保晶圓不在每分鐘上百轉的強大剪切力下被甩飛
- 消除邊緣效應：擁有獨立壓緊氣囊，先行將研磨墊邊緣壓平，消除 Edge Rounding（晶圓邊緣過度研磨）
- 底部流道：刻有 Slurry Grooves 控制研磨液流場；內側嵌入 PEEK 塑料襯套，溫和吸收衝擊，防止晶圓邊緣崩角（Chipping）
相關技術
供應鏈
來源
- 報告_呂紹旭_玻璃載板FOPLP_20260508
- memo_玻璃載板FOPLP台廠設備_20260510
- 報告_華南投顧_設備產業近況_20260512
- 報告_自整理_CMP技術供應鏈_20260521
- 260521_nmr_semi-renaissance，野村《Greater China Semi: A Guide to Semi Renaissance in 2026-30F》，2026-05-21