中國(guó)CMP拋光行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模及CMP行業(yè)壁壘

中國(guó)CMP拋光行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模及CMP行業(yè)壁壘

CMP全稱(chēng)為ChemicalMechanicalPolishing，即化學(xué)機(jī)械拋光，是普通拋光技術(shù)的高端升級(jí)版本。CMP是通過(guò)納米級(jí)粒子的物理研磨作用與拋光液的化學(xué)腐蝕作用的有機(jī)結(jié)合，對(duì)集成電路器件表面進(jìn)行平滑處理，并使之高度平整的工藝技術(shù)。當(dāng)前集成電路中主要是通過(guò)CMP工藝，對(duì)晶圓表面進(jìn)行精度打磨，并可到達(dá)全局平整落差100A.~1000A.（相當(dāng)于原子級(jí)10~100nm）超高平整度。而未經(jīng)平坦化處理，晶片起伏隨著層數(shù)增多變得更為明顯，同層金屬薄膜由于厚度不均導(dǎo)致電阻值不同，引起電致遷移造成電路短路。起伏不平的晶片表面還會(huì)使得光刻時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)焦，導(dǎo)致線寬控制失效，嚴(yán)重限制了布線層數(shù)，降低集成電路的使用性能。CMP工藝原理圖

一、CMP行業(yè)市場(chǎng)格局

摩爾定律下，代工制程節(jié)點(diǎn)不斷縮小，布線層數(shù)持續(xù)增加，CMP成為關(guān)鍵制程。1991年IBM公司首次成功地將CMP技術(shù)應(yīng)用到動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的生產(chǎn)以來(lái)，隨著半導(dǎo)體工業(yè)踏著摩爾定律的節(jié)奏快速發(fā)展，芯片的特征尺寸持續(xù)縮小，已發(fā)展至5~7nm。CMP已成功用于集成電路中的半導(dǎo)體晶圓表面的平面化。根據(jù)不同工藝制程和技術(shù)節(jié)點(diǎn)的要求，每一片晶圓在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)經(jīng)歷幾道甚至幾十道的CMP拋光工藝步驟。

隨著特征尺寸的縮小，以及布線層數(shù)增長(zhǎng)，對(duì)晶圓平坦化精度要求不斷增高，普通的化學(xué)拋光和機(jī)械拋光難以滿(mǎn)足在當(dāng)前集成電路nm級(jí)的精度要求，特別是目前對(duì)于0.35um制程及以下的器件必須進(jìn)行全局平坦化，CMP技術(shù)能夠全局平坦化、去除表面缺陷、改善金屬臺(tái)階覆蓋及其相關(guān)可靠性，從而成為目前最有效的拋光工藝。拋光工藝對(duì)比制程提升提高CMP拋光需求（單數(shù)：次）

CMP主要由拋光墊、拋光液、調(diào)節(jié)器等部分組成?；瘜W(xué)機(jī)械拋光技術(shù)是化學(xué)作用和機(jī)械作用相結(jié)合的組合技術(shù)，旋轉(zhuǎn)的晶圓以一定的壓力壓在旋轉(zhuǎn)的拋光墊上，拋光液在晶圓與拋光墊之間流動(dòng)，并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。晶圓表面形成的化學(xué)反應(yīng)物由漂浮在拋光液中的磨粒通過(guò)機(jī)械作用將這層氧化薄膜去除，在化學(xué)成膜和機(jī)械去膜的交替過(guò)程中實(shí)現(xiàn)超精密表面加工。

從價(jià)值量占比可以看到，CMP材料是芯片制造的核心耗材，占芯片制造成本約7%，其中拋光墊價(jià)值量占CMP耗材的33%左右。拆解晶圓制造成本進(jìn)行，CMP材料占比較大，約為6.7%。價(jià)值量與光刻膠相近。其中拋光液和拋光墊是最核心的材料，占比分別為49%和33%。晶圓制造材料細(xì)分占比

CMP材料細(xì)分占比

拋光墊決定了CMP工藝的基礎(chǔ)拋光效果，并結(jié)合設(shè)備操作過(guò)程、硅片、拋光液等因素，共同影響CMP拋光結(jié)果和效率。一般從平均磨除率、平整度和均勻性、選擇比和表面缺陷四個(gè)維度來(lái)評(píng)判拋光效果。其中，拋光墊的物理化學(xué)等性能在CMP工藝中發(fā)揮了重要的作用。CMP拋光效果評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)顯現(xiàn)拋光墊決定基礎(chǔ)拋光性能

未來(lái)3-5國(guó)內(nèi)晶圓制造產(chǎn)能將翻番，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上下游迎來(lái)重要契機(jī)。大陸區(qū)域晶圓制造目前大概有54個(gè)運(yùn)營(yíng)主體，共計(jì)94個(gè)晶圓廠或產(chǎn)線項(xiàng)目，目前產(chǎn)能平穩(wěn)運(yùn)行的有17個(gè)晶圓廠及產(chǎn)線項(xiàng)目，正在產(chǎn)能爬坡的有37個(gè)，未來(lái)3-6個(gè)試生產(chǎn)的11個(gè)，正在項(xiàng)目基礎(chǔ)建設(shè)的9個(gè)，另外正在規(guī)劃的約11個(gè)。

《》截止2019年底，我國(guó)12英寸晶圓制造廠裝機(jī)產(chǎn)能約90萬(wàn)片/月，較2018年增長(zhǎng)50%；8英寸晶圓制造廠裝機(jī)產(chǎn)能約100萬(wàn)片/月，較2018年增長(zhǎng)10%；6英寸晶圓制造廠裝機(jī)產(chǎn)能約230萬(wàn)片/月，較2018年增長(zhǎng)15%。

預(yù)計(jì)至2024年，大陸區(qū)域12英寸目標(biāo)產(chǎn)能達(dá)273.0萬(wàn)片/月，相比2019年增長(zhǎng)超過(guò)2倍，8英寸目標(biāo)產(chǎn)能達(dá)187萬(wàn)片/月，相比2019年增長(zhǎng)90%。若這些晶圓廠如期達(dá)到產(chǎn)能目標(biāo)，將大幅拉動(dòng)對(duì)國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備和材料的需求。大陸區(qū)域晶圓廠運(yùn)營(yíng)主體的目標(biāo)產(chǎn)能(萬(wàn)片/月)

大陸區(qū)域晶圓廠項(xiàng)目建設(shè)梳理一覽

隨著晶圓廠產(chǎn)能增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)至2023年CMP拋光墊全球市場(chǎng)規(guī)模約9.9億美金，其中中國(guó)市場(chǎng)有望達(dá)到4.40億美金，具有較大的發(fā)展前景。預(yù)計(jì)未來(lái)全球CMP市場(chǎng)復(fù)制增長(zhǎng)率約6%。隨著未來(lái)國(guó)內(nèi)晶圓廠大幅投產(chǎn)，測(cè)算預(yù)計(jì)未來(lái)5年中國(guó)CMP拋光墊市場(chǎng)規(guī)模增速可超10%，至2023年可達(dá)約4.40億美金。全球及國(guó)內(nèi)CMP市場(chǎng)規(guī)模

CMP拋光墊行業(yè)集中度極高。目前全球CMP拋光墊市場(chǎng)格局主要被Dow、Cabot、ThomasWest等外資廠商壟斷，前5大公司壟斷約90%市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)廠商在CMP拋光墊領(lǐng)域具有較為廣闊的替代空間。CMP競(jìng)爭(zhēng)格局

二、行業(yè)壁壘

CMP拋光墊具有較高技術(shù)要求、持續(xù)較大資金投入、核心客戶(hù)認(rèn)證體系是主要進(jìn)入壁壘。對(duì)于行業(yè)現(xiàn)有龍頭企業(yè)而言，為了打擊后發(fā)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，往往會(huì)發(fā)揮市場(chǎng)壟斷支配地位，通過(guò)采取差異性定價(jià)策略鎖定下游晶圓廠的長(zhǎng)期合同，從而建立自身的行業(yè)護(hù)城河。

1.專(zhuān)利技術(shù)積累較淺。

拋光墊是CMP工藝中重要耗材。聚胺脂有像海綿一樣的機(jī)械特性和多孔吸水特性，具有良好的耐磨性、較高的拋光效率,在集成電路晶圓的CMP中應(yīng)用非常廣泛。主要型號(hào)有IC1000、IC1400、IC2000、SUBAIV等，其中IC1000和SUBAIV是用得最廣的。拋光墊表面包括一定密度的微凸峰，也有許多微孔，不僅可以去除硅片表面材料，而且還起到存儲(chǔ)和運(yùn)輸拋光液、排除拋光過(guò)程產(chǎn)物的作用。墊上有時(shí)開(kāi)有可視窗，便于線上檢測(cè)。拋光墊是CMP工藝中重要的耗材，同時(shí)需要定時(shí)整修。2018年國(guó)際拋光墊專(zhuān)利申請(qǐng)量為76個(gè)，中國(guó)拋光墊專(zhuān)利申請(qǐng)量為48個(gè)，2019年相較于2018年專(zhuān)利申請(qǐng)量有所下降，數(shù)量為21個(gè)。中國(guó)及國(guó)際近年來(lái)拋光墊專(zhuān)利申請(qǐng)量對(duì)比

2.從技術(shù)壁壘上看，拋光墊技術(shù)難點(diǎn)在需要持續(xù)試錯(cuò)，找到合適材料配方、穩(wěn)定制作工藝及設(shè)計(jì)圖案，從而獲得較好的、穩(wěn)定的拋光速率和拋光效果。

企業(yè)研究CMP耗材時(shí)間成本較高，可能需要較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)試錯(cuò)摸索工藝指標(biāo)、產(chǎn)品配方等對(duì)物理參數(shù)及性能的影響結(jié)果，形成較深的Knowhow壁壘。以拋光墊為例，由于拋光墊通常物理指標(biāo)包含硬度、剛性、韌性、彈性模量、剪切模量、密度、可壓縮性等各項(xiàng)機(jī)械指標(biāo)，綜合影響拋光效果，而如果結(jié)合考慮材料選擇、溫度選擇、固化時(shí)長(zhǎng)、攪拌時(shí)長(zhǎng)等工藝步驟控制，按照三元變量簡(jiǎn)單推算其理論方案可能性至少在數(shù)萬(wàn)次至數(shù)百萬(wàn)次試驗(yàn)級(jí)別，因此對(duì)于企業(yè)而言需要較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)試錯(cuò)摸索工藝指標(biāo)、產(chǎn)品配方等對(duì)物理參數(shù)及性能的影響結(jié)果。

3.核心客戶(hù)認(rèn)證體系壁壘較高

核心客戶(hù)認(rèn)證體系壁壘較高，主要由于拋光墊對(duì)芯片良率影響較大，但成本占比較相對(duì)較低，在