一文帶你了解CMP設備和材料

來(lái)源：馭勢資本

• CMP：晶圓平坦化的關(guān)鍵工藝

• CMP設備市場(chǎng)快速成長(cháng)，國產(chǎn)替代快速前行

• CMP 材料用量大幅提升，國內龍頭廠(chǎng)商持續破局

CMP

1.CMP：晶圓平坦化的關(guān)鍵工藝

1.1. CMP 工藝是晶圓全局平坦化的關(guān)鍵工藝

晶圓制造流程可以廣義地分為晶圓前道和后道 2 個(gè)環(huán)節，其中前道工藝在晶圓廠(chǎng)中進(jìn)行，主要負責晶圓的加工制造，后道工藝在封測廠(chǎng)中進(jìn)行，主要負責芯片的封裝測試，其中，化學(xué)機械拋光（CMP）是實(shí)現晶圓全局平坦化的關(guān)鍵工藝，指的是通過(guò)化學(xué)腐蝕與機械研磨的協(xié)同配合作用，實(shí)現晶圓表面多余材料的高效去除與全局納米級平坦化，是先進(jìn)集成電路制造前道工序、先進(jìn)封裝等環(huán)節必需的關(guān)鍵制程工藝。 

在前道加工領(lǐng)域：CMP 主要負責對晶圓表面實(shí)現平坦化。晶圓制造前道加工環(huán)節主要包括7個(gè)相互獨立的工藝流程：光刻、刻蝕、薄膜生長(cháng)、擴散、離子注入、化學(xué)機械拋光、金屬化 CMP 則主要用于銜接不同薄膜工藝，其中根據工藝段來(lái)分可以分為前段制程（FEOL）和后段制程（BEOL），前段制程工藝主要為 STI-CMP 和 Poly-CMP，后段制程工藝主要為介質(zhì)層 ILD-CMP、IMD-CMP 以及金屬層 W-CMP、Cu-CMP 等。

在后道封裝領(lǐng)域：CMP 工藝也逐漸被用于先進(jìn)封裝環(huán)節的拋光，如硅通孔（TSV）技術(shù)、扇出（Fan-Out）技術(shù)、2.5D 轉接板（interposer）、3D IC 等封裝技術(shù)中對引線(xiàn)尺寸要求更小更細，因此會(huì )引入刻蝕、光刻等工藝，而 CMP 作為每道工藝間的拋光工序，也得以廣泛應用于先進(jìn)封裝中。 

如果晶圓制造過(guò)程中無(wú)法做到納米級全局平坦化，既無(wú)法重復進(jìn)行光刻、刻蝕、薄膜和摻雜等關(guān)鍵工藝，也無(wú)法將制程節點(diǎn)縮小至納米級的先進(jìn)領(lǐng)域。隨著(zhù)超大規模集成電路制造的線(xiàn)寬不斷細小化，制造工藝不斷向先進(jìn)制程節點(diǎn)發(fā)展，平坦化的精度要求也不斷提高，CMP 步驟也會(huì )不斷增加，從而大幅刺激了集成電路制造商對 CMP 設備的采購和升級需求。

CMP（化學(xué)機械拋光）相較于傳統方法有更高的加工精度和加工速度。傳統的機械拋光和化學(xué)拋光方法，去除速率、拋光質(zhì)量均無(wú)法滿(mǎn)足先進(jìn)芯片量產(chǎn)需求。而 CMP 技術(shù)利用磨損中的“軟磨硬”原理，即用較軟的材料來(lái)進(jìn)行拋光以實(shí)現高質(zhì)量的表面拋光，避免了由單純機械拋光造成的表面損傷和由單純化學(xué)拋光易造成的拋光速度慢、表面平整度和拋光一致性差等缺點(diǎn)，是目前唯一能兼顧表面全局和局部平坦化的拋光技術(shù)，在先進(jìn)集成電路制造中被廣泛應用。

1.2. CMP 工藝技術(shù)原理 

CMP 設備主要依托 CMP 技術(shù)的化學(xué)-機械動(dòng)態(tài)耦合作用原理，通過(guò)化學(xué)腐蝕與機械研磨的協(xié)同配合作用，實(shí)現晶圓表面多余材料的高效去除與全局納米級平坦化（全局平整落差5nm以?xún)鹊某咂秸龋?。CMP 拋光過(guò)程可以分為化學(xué)過(guò)程和物理過(guò)程?；瘜W(xué)過(guò)程指：研磨液中化學(xué)成分與硅片表面材料產(chǎn)生化學(xué)反應，通過(guò)將不溶物轉化為易溶物或軟化高硬度物質(zhì)，生成比較容易去除的物質(zhì)。物理過(guò)程指：研磨液中的磨粒與硅片表面材料發(fā)生機械物理摩擦，從硅片表面去除這些化學(xué)反應物，溶入流動(dòng)的液體中帶走。

CMP 具體步驟： 

第一步：將硅片固定在拋光頭最下面，拋光墊放置在研磨盤(pán)上； 

第二步：旋轉的拋光頭以一定壓力壓在旋轉的拋光墊上，在硅片表面和拋光墊之間加入流動(dòng)的研磨液（由亞微米或納米磨粒和化學(xué)溶液組成），研磨液在拋光墊的傳輸和離心力的作用下均勻涂布，在硅片和拋光墊之間形成一層液體薄膜； 

第三步：通過(guò)化學(xué)去膜和機械去膜的交替過(guò)程實(shí)現平坦化。

CMP 主要技術(shù)參數： 

? 研磨速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內磨除材料的厚度； 

?平整度：硅片某處 CMP 前后臺階高度之差/CMP 之前臺階高度*100% ； 

?研磨均勻性：包括片內均勻性和片間均勻性。

片內均勻性=同個(gè)晶圓研磨速率的標準差/研磨速率；

片間均勻性=不同晶圓同一條件下研磨速率標準差/平均研磨速率 

?缺陷量：CMP 工藝造成的硅片表面缺陷，一般包括擦傷、凹陷、侵蝕、殘留物和顆粒污染，直接影響成品率。

1.3. CMP 設備及材料對工藝效果有關(guān)鍵影響

CMP 材料主要包括拋光液、拋光墊、鉆石碟、清洗液等，對 CMP 工藝效應均有關(guān)鍵影響。 

1. CMP 拋光墊：主要作用是儲存和運輸拋光液、去除磨屑和維持穩定的拋光環(huán)境等； 

2. CMP 拋光液：是研磨材料和化學(xué)添加劑的混合物，可使晶圓表面產(chǎn)生一層氧化膜，再由拋光液中的磨粒去除，達到拋光的目的。 

3. CMP 鉆石碟：是 CMP 工藝中必不可少的耗材，用于維持拋光墊表面一定的粗糙狀態(tài)，通常與 CMP 拋光墊配套使用。 

4. CMP 清洗液：主要用于去除殘留在晶圓表面的微塵顆粒、有機物、無(wú)機物、金屬離子、氧化物等雜質(zhì)，滿(mǎn)足集成電路制造對清潔度的極高要求，對晶圓生產(chǎn)的良率起到了重要的作用。

CMP設備是 CMP 技術(shù)應用的載體，集摩擦學(xué)、表/界面力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)、精密制造、化學(xué)化工、智能控制等多領(lǐng)城最先進(jìn)技術(shù)于一體，是集成電路制造設備中較為復雜和研制難度較大的設備之一。同時(shí)，由于銅連線(xiàn)在微處理器生產(chǎn)中廣泛引用，因此唯一能夠拋光銅金屬層的 CMP 設備更成為芯片制造廠(chǎng)商必需的重要工具。

1.4. 先進(jìn)制程推進(jìn)帶動(dòng)CMP設備及材料需求

90~65nm 節點(diǎn)：隨著(zhù)銅互連技術(shù)和低 k 介質(zhì)（一種絕緣材料）的廣泛采用，淺槽隔離(STI)、 絕緣膜、銅互連層是 CMP 的主要研磨對象。

28nm 節點(diǎn)：邏輯器件的晶體管中引入高 k 金屬柵結構（HKMG），因而同時(shí)引入了兩個(gè)關(guān)鍵的平坦化應用，包括虛擬柵開(kāi)口 CMP 工藝和替代金屬柵 CMP 工藝。32nm 及 22nm 節點(diǎn)：銅互連低 k 介質(zhì)集成的 CMP 工藝技術(shù)支持 32nm 和 22nm 器件的量產(chǎn)，其中開(kāi)始出現的 FinFET 晶體管添加了虛擬柵平坦化工藝，這是實(shí)現后續 3D 結構刻蝕 的關(guān)鍵技術(shù)。

2. CMP 設備市場(chǎng)快速成長(cháng)，國產(chǎn)替代快速前行

2.1. 行業(yè)高景氣帶動(dòng)晶圓廠(chǎng)擴大資本開(kāi)支，設備需求大幅提高

在 5G、物聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)電子、云計算等需求的帶動(dòng)下，半導體市場(chǎng)需求持續增長(cháng)。2020 年盡管受到疫情的影響，全球半導體市場(chǎng)規模依然同比增長(cháng) 6.8%，達到了 4404 億美元，預計 2021 年、2022 年全球半導體市場(chǎng)規模分別為 5530 億美元、6015 億美元，同比分別增長(cháng)25.6%、8.8%。從分地區來(lái)看，2021 年和 2022 年亞太市場(chǎng)規模增速將高于全球平均，分別為 26.7%、8.4%，在全球市場(chǎng)的占比分別為 62.11%、61.90%。

中國大陸的半導體設備銷(xiāo)售額從2013年的33億美元增長(cháng)至2020年的187億美元，年復合增長(cháng)率高達 27.70%，遠超全球市場(chǎng)增速。從中國市場(chǎng)占比來(lái)看，中國大陸半導體設備銷(xiāo)售額在全球占比從 2013 年的 10.40%提高到 2020 年的 26.25%。 

2021 年，中國大陸第二次成為全球半導體設備的最大市場(chǎng)，銷(xiāo)售額增長(cháng)了 58%，達到 296億美元，在全球市場(chǎng)占比高達 28.7%，占比進(jìn)一步提高。

2.2. 中國大陸 CMP 設備市場(chǎng)規模接近 8 億美元

根據 Gartner 數據，CMP 設備在半導體晶圓制造設備中占比為 3%，結合 SEMI 的數據，2020-2021 年全球晶圓制造設備市場(chǎng)規模 612 億美元、880 億美元，按照 3%的比例測算，CMP 設備對應市場(chǎng)規模為 18.4 億美元、26.4 億美元。

根據 SEMI 數據，2021 年中國大陸在半導體設備在全球市場(chǎng)占比高達 28.7%，按次比例測算 CMP 設備的占比，預計 2021年中國大陸 CMP 設備市場(chǎng)規模 7.6 億美元。

2.3. CMP 設備技術(shù)壁壘高，海外龍頭企業(yè)長(cháng)期壟斷 

復雜的技術(shù)工藝與高難度的研發(fā)是 CMP 設備的主要壁壘。CMP 設備是集機械學(xué)、流體力學(xué)、材料化學(xué)、精細加工、控制軟件等多領(lǐng)域最先進(jìn)技術(shù)于一體的設備，需保持精密的機械控制與干濕化學(xué)和機械間的平衡，具有較為復雜的研制難度，對技術(shù)、工藝、專(zhuān)利等有嚴格的要求，廠(chǎng)商競爭存在較高的技術(shù)壁壘。 

專(zhuān)利也是 CMP 設備的一大準入壁壘。2013 年之后，CMP 專(zhuān)利申請量緩慢增長(cháng)，而 CMP后清洗專(zhuān)利申請量卻處于下滑狀態(tài)。全球 CMP 專(zhuān)利申請量總體保持平穩，反映了當前全球CMP 技術(shù)未存在重大技術(shù)革新，后來(lái)者要想追趕必須直面強大的專(zhuān)利壁壘。 

CMP 市場(chǎng)被海外壟斷，市場(chǎng)集中度高。CMP 為多學(xué)科交叉，行業(yè)進(jìn)入壁壘較高，整體產(chǎn)業(yè)呈日美企業(yè)壟斷的格局。國內企業(yè)進(jìn)入時(shí)間相對較晚，因此整體國產(chǎn)化率偏低。在 14nm以下最先進(jìn)制程工藝的大生產(chǎn)線(xiàn)上所應用 CMP 設備僅由美國應用材料和日本荏原兩家國際巨頭提供。根據 Gartner 研究數據，2019 年美國應用材料和日本荏原的 CMP 設備銷(xiāo)售額分別為 10.43 億美元、3.725 億美元，各占 70%、25%的全球市場(chǎng)份額。2017、2018、2019 三年，兩家公司合計占有的市場(chǎng)份額分別為 98%、90%、95%，CMP 設備市場(chǎng)呈現出高度壟斷的競爭格局。

應用材料（AMAT）是全球最大的半導體設備供應商之一，業(yè)務(wù)涵蓋半導體設備、太陽(yáng)能、顯示器、自動(dòng)化軟件、卷對卷真空鍍膜等多個(gè)領(lǐng)域。在半導體設備業(yè)務(wù)版塊，公司制定了PPACt 戰略旨在通過(guò)并行而非串行的創(chuàng )新來(lái)推動(dòng)芯片的能效、性能、面積、成本和上市時(shí)間革新。公司產(chǎn)品覆蓋沉積、刻蝕、摻雜、CMP 多工藝環(huán)節。 

根據 Gartner 數據，2020 年應用材料在刻蝕、沉積、CMP、離子注入、工藝控制領(lǐng)域的全球市場(chǎng)份額分別達到了 17%、43%、64%、55%和 12%。2020 年公司總體收入 172 億美元，半導體裝備銷(xiāo)售收入合計 113.67 億美元，同比增長(cháng) 26%，其中 CMP 設備銷(xiāo)售收入11.33 億美元，同比增長(cháng) 18%。

應用材料自 2003 年開(kāi)始主攻 12 英寸設備，目前主打 MIRRA 和 REFLEXION 兩個(gè)系列,其中 MIRRA 主要定位于 8 英寸 CMP 平臺，REFLEXION主要定位于 12 寸 CMP 平臺。目前，應用材料 CMP 設備已經(jīng)可以應用最先進(jìn)的 5nm 制程。

Ebara 成立于 1912 年，目前旗下有 3 塊業(yè)務(wù)，分別是：（1）流體機械及系統（2）環(huán)境工程，包括市政垃圾焚燒廠(chǎng)、工業(yè)垃圾焚燒廠(chǎng)、水處理廠(chǎng)等；（3）精密電子，包括干式真空泵、CMP（化學(xué)機械拋光）設備、電鍍設備及排氣處理設備公司在液化天然氣泵領(lǐng)域全球市占率第一，在 CMP 系統和干泵領(lǐng)域全球市占率第二。2020 年公司營(yíng)業(yè)收入為 49.1 億美元，其中精密器械部門(mén)中 CMP 設備收入約 5.14 億美元，同比增長(cháng) 25.8%，占全球 CMP 市場(chǎng)份額的 29.1%，僅次于應用材料。

日本荏原是 CMP 領(lǐng)域干進(jìn)/干出（dry-in/dry-out）專(zhuān)利的開(kāi)拓者，獨立研發(fā)的 200mm 和300 mm CMP 拋光設備均具有高可靠性和高生產(chǎn)率。F-REX 系列 CMP 系統可實(shí)現 10-20nm 節點(diǎn)的表面平整度控制，用于 IC 制造的氧化物、ILD、STI、鎢和銅表面處理。FREX200工具代表了適用于 200 mm 晶圓的最新 CMP 技術(shù)（也可用 150 mm）。它采用Ebara 原創(chuàng )的干進(jìn)干出(Dry-in/Dry-out)晶圓處理技術(shù)專(zhuān)利。清潔模塊集成在 CMP 工具內，從而將干晶片輸送到后續工藝中。目前，日本荏原的 CMP 設備已經(jīng)可以應用在部分材質(zhì)的5nm 制程工藝。

2.4. 華海清科為代表的的國產(chǎn)廠(chǎng)家已經(jīng)具備 12 寸 CMP 設備國產(chǎn)替代能力 

國內 CMP 設備的主要研發(fā)生產(chǎn)單位有華海清科等。華海清科是國產(chǎn) 12 英寸和 8 英寸 CMP 設備的主要供應商，是目前國內唯一實(shí)現了 12 英寸CMP 設備量產(chǎn)銷(xiāo)售的半導體設備供應商。

公司 CMP 產(chǎn)品在已量產(chǎn)的制程（14nm 以上）及工藝應用中已經(jīng)可以實(shí)現對行業(yè)龍頭公司產(chǎn)品的替代。但在 14nm 以下制程工藝方面與行業(yè)龍頭公司產(chǎn)品尚存在一定技術(shù)差距，存在一定的提升空間：①在豎直旋轉技術(shù)體系(VRM)的工藝方面，14nm 以下制程工藝中與行業(yè)龍頭公司產(chǎn)品存在一定差距，龍頭企業(yè)最先進(jìn)的 CMP 后處理單元的顆粒殘留可已更低；

②公司產(chǎn)品在 28nm-14nm 制程中金屬離子控制方面在與行業(yè)龍頭公司水平一致，均能達到金屬離子含量不超過(guò)每平方厘米含有的(特定)原子數為 5 乘以 10 的 10 次方個(gè)的目標，但在更先進(jìn)制程工藝中行業(yè)龍頭公司產(chǎn)品的技術(shù)表現水平更高。

CMP

3. CMP 材料用量大幅提升，國內龍頭廠(chǎng)商持續破局 

3.1. 半導體材料市場(chǎng)持續擴張，進(jìn)口替代趨勢明確 

受益于晶圓廠(chǎng)積極擴產(chǎn)以及半導體工藝升級，半導體材料市場(chǎng)規模持續增長(cháng)。據國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )（SEMI）發(fā)布數據顯示，全球半導體材料市場(chǎng)規模始終保持在半導體總規模的11%-13%左右；2021 年全球半導體材料市場(chǎng)規模達 643 億美元，較 2020 年的 555 億美元增加 88 億美元，同比增長(cháng) 15.9%，再創(chuàng )新高。 

中國半導體材料市場(chǎng)增速高于全球增速，進(jìn)口替代趨勢明確。中國晶圓制造產(chǎn)業(yè)近年來(lái)迎來(lái)快速發(fā)展，全球半導體產(chǎn)業(yè)東移趨勢明確，中國大陸晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能持續提升，對上游材料產(chǎn)生大量本土化配套需求。根據 SEMI數據，2016-2019 年國內半導體材料占全球市場(chǎng)份額約 16.3%，位居前三，2021 年中國大陸半導體材料市場(chǎng)規模達 119.3 億美元，首次突破100 億美元，同比增長(cháng) 21.9%，平均增速高于全球。

3.2. 集成電路工藝升級，CMP 材料用量大幅提升

CMP 拋光材料是 CMP 工藝中用到材料的總稱(chēng)，在半導體材料成本中占比約 7%。其中，拋光液和拋光墊為 CMP 工藝的核心材料，在 CMP 拋光材料中占比分別達到 49%和 33%。 

據 Techcet 數據顯示，受益于 3D Nand 以及先進(jìn)制程工藝的快速發(fā)展，CMP 材料需求量的大幅提升，全球拋光液/拋光墊市場(chǎng)規模有望于 2020 年的16.6/10.2 億美元分別增長(cháng)至2025年 22.7/13.5 億美元，2021-2025 年 CAGR 分別達 6%/5.1%。2020 年國內 CMP 拋光材料市場(chǎng)規模約為 32 億元，近五年復合增速為10%左右，國內拋光液/拋光墊市場(chǎng)分別為20/12 億元，國內市場(chǎng)受益于下游晶圓廠(chǎng)擴建及國產(chǎn)化率提升，增速有望高于全球市場(chǎng)，2025 年拋光液/拋光墊市場(chǎng)有望占全球市場(chǎng)的 25%，分別為 40/27 億元，2021-2025 年CAGR 達 15%。

美系廠(chǎng)商壟斷市場(chǎng)，國內廠(chǎng)商迎來(lái)國產(chǎn)化+差異化競爭機遇。目前半導體材料整體的國產(chǎn)化率僅 10%，其中，拋光墊市場(chǎng)呈現一家獨大的市場(chǎng)格局，根據 Semi 統計，陶氏化學(xué)占有絕對主導地位，2018 年全球市占率達 79%；拋光液行業(yè)龍頭 Cabot 微電子 2020 年市占率達 36%，差異化競爭使得市場(chǎng)格局相對分散。隨著(zhù)半導體產(chǎn)業(yè)逐漸向中國大陸轉移，國內半導體材料需求持續增長(cháng)，國產(chǎn)替代需求強烈。隨著(zhù)需求的多樣化和對品質(zhì)要求的提高，未來(lái)拋光材料將逐步向專(zhuān)用化、定制化方向發(fā)展，這為立足國內市場(chǎng)的國產(chǎn)廠(chǎng)商提供了與國際龍頭差異化競爭的機遇。

先進(jìn)制程及工藝對晶圓平整度要求更高，拋光次數與材料種類(lèi)等隨之增長(cháng)，推動(dòng) CMP 材料用量逐年增長(cháng)： 

1）邏輯芯片中，制程的縮小帶動(dòng) CMP 工藝步驟增加。晶圓在生產(chǎn)過(guò)程根據不同工藝制程和技術(shù)節點(diǎn)的要求，會(huì )經(jīng)歷幾道至幾十道不等的 CMP 工藝步驟。隨著(zhù)制造工藝節點(diǎn)的縮小，對邏輯芯片平坦化程度要求提高，演進(jìn)出的先進(jìn)邏輯芯片工藝拋光材料提出新需求，CMP步驟增加，CMP 材料需求量增大。據 Cabot 披露，先進(jìn)制程 7nm 工藝的 CMP 步驟為 30步，成熟制程 90nm 工藝 CMP 步驟為 12 步，拋光次數倍數級增長(cháng)，制程節點(diǎn)的進(jìn)步推動(dòng) CMP 拋光材料需求量的增長(cháng)。 

2）存儲芯片由 2D NAND 向 3D NAND 技術(shù)變革帶來(lái)了 CMP 工藝步數的提升。從 2D NAND 到 3D NAND 的升級過(guò)程中，3D NAND 工藝通過(guò)堆疊內存顆粒的方式增加了存儲內容，帶動(dòng)了 CMP 拋光耗材的用量需求，增加了工藝難度，CMP 拋光步驟翻倍增長(cháng)，次數從 7 次增長(cháng)到 15 次。同時(shí)，3D NAND 技術(shù)中對鎢材料使用也大幅提高，拉動(dòng)了鎢拋光液的市場(chǎng)需求。

3.3. CMP 材料具有較高的技術(shù)壁壘和客戶(hù)認證壁壘

CMP 行業(yè)涉及領(lǐng)域廣泛，交叉包含了摩擦學(xué)、物理學(xué)、機械學(xué)和化學(xué)反應熱力學(xué)等眾多學(xué)科，整體技術(shù)壁壘較高，存在產(chǎn)業(yè)規模大、技術(shù)門(mén)檻高、研發(fā)投入大和研究周期長(cháng)等特點(diǎn)。

國內廠(chǎng)商由于進(jìn)入市場(chǎng)起步時(shí)間相對較晚，國產(chǎn)替代市場(chǎng)成長(cháng)性高。在種類(lèi)繁多的半導體材料子行業(yè)中，拋光墊、拋光液是最容易被“卡脖子”的領(lǐng)域之一，為實(shí)現納米級的打磨技術(shù)，對拋光墊和拋光液的要求極為嚴苛。而且隨著(zhù)制程工藝越來(lái)越先進(jìn)，對這兩種材料的技術(shù)要求也不斷提高。CMP 拋光材料的技術(shù)更新動(dòng)力源自下游晶圓的技術(shù)更新。晶圓制程不斷提高，為了滿(mǎn)足更細致的工藝，CMP 材料也有著(zhù)更高的要求，具體體現在兩方面：技術(shù)壁壘和客戶(hù)認證。

1）技術(shù)壁壘：外國廠(chǎng)商具備先發(fā)優(yōu)勢，搭建專(zhuān)利壁壘

拋光墊難點(diǎn)主要在于孔隙率和溝槽設計，以及較高的時(shí)間成本。拋光墊難點(diǎn)主要在于孔隙率和溝槽設計，以及較高的時(shí)間成本。拋光墊的孔隙率越高和粗糙度越大，其攜帶拋光液的能力越強。優(yōu)秀的溝槽設計可以增強儲存、運送拋光液的能力,拋光效率和質(zhì)量都得到提高。此外，研究 CMP 拋光墊的時(shí)間成本較高，在設計 CMP 拋光墊過(guò)程中會(huì )涉及到物理指標包含硬度、剛性、韌性、彈性模量、剪切模量、密度、可壓縮性等各項機械指標，企業(yè)需要不斷進(jìn)行試驗摸索工藝指標、產(chǎn)品配方等對物理參數及性能的影響，結合考慮材料選擇、溫度選擇、固化時(shí)長(cháng)、攪拌時(shí)長(cháng)等工藝步驟控制進(jìn)行研發(fā)。同時(shí)由于摩爾定律的不斷演變，平均每 18 個(gè)月半導體集成電路產(chǎn)品就需要換代一次，因此對上游半導體材料的研發(fā)速度有著(zhù)較高的要求，加重了后發(fā)企業(yè)進(jìn)入的資金投入壓力。

拋光墊是 CMP 工藝中重要耗材之一，但由于國內企業(yè)在化學(xué)機械拋光領(lǐng)域起步較晚，專(zhuān)利 技術(shù)積累相對較淺。代表未來(lái)趨勢的 12 英寸晶圓用的開(kāi)窗口拋光墊專(zhuān)利被美國公司占有， 國內僅有 DOW 獲得授權生產(chǎn)銷(xiāo)售。據《集成電路制造業(yè)用高分子聚合物拋光墊專(zhuān)利分析》 數據，2003-2009 年為國際申請數量高峰時(shí)段，2010 年后數量有所下降，但總體變化平穩， 拋光墊領(lǐng)域仍然是各個(gè)公司重點(diǎn)攻略方向。國內專(zhuān)利申請數量于 2008 年逐步攀升，在之后 呈現出波浪式上升的趨勢。

拋光液的核心技術(shù)運用壁壘體現在產(chǎn)品配方和生產(chǎn)工藝流程兩方面。CMP 拋光液的主要原料包括納米磨料、各種添加劑和超純水，根據產(chǎn)品應用領(lǐng)域的不同，所選用的原料種類(lèi)也隨之改變，在加料、混合和過(guò)濾等關(guān)鍵生產(chǎn)流程中，各種組分的比例、順序、速度和時(shí)間等都會(huì )影響到最終的產(chǎn)品性能，需要公司不斷優(yōu)化研究來(lái)找出最合適的方案，優(yōu)化過(guò)程中產(chǎn)品配方的運用體現了公司核心技術(shù)水平，工藝流程作為轉化核心技術(shù)為最終產(chǎn)品的實(shí)現手段受到公司機密保護，皆為企業(yè)競爭力的體現。

半導體器件對良率有極高的要求，一旦形成穩定的供應鏈體系，晶圓廠(chǎng)一般不太更換供應商。拋光墊對芯片良率影響較大，但成本占比較相對較低，晶圓廠(chǎng)在替換過(guò)程中的潛在損失機會(huì )成本較大，替換動(dòng)力較小。拋光液技術(shù)含量高，下游客戶(hù)對其實(shí)施嚴格的供應商認證機制，進(jìn)行嚴格的供應商認證和定期考核。進(jìn)入晶圓廠(chǎng)供應鏈體系需要經(jīng)過(guò)審核、送樣、測試等長(cháng)達 2-3 年的認證環(huán)節。因此，行業(yè)巨頭一般具有比較穩定的下游客戶(hù)，容易形成市場(chǎng)壟斷。嚴格來(lái)說(shuō)，半導體材料行業(yè)屬于成熟產(chǎn)業(yè)，各領(lǐng)域集中度高，由少數幾個(gè)龍頭企業(yè)占據絕大部分市場(chǎng)，國內僅安集科技、鼎龍股份等極少數企業(yè)參與競爭。

3.4. CMP 拋光液：日美廠(chǎng)商壟斷，種類(lèi)繁多催生差異化競爭機遇 

拋光液是一種水溶性?huà)伖鈩?，由固體粒子研磨劑、表面活性劑、穩定劑、氧化劑等成分構成。通過(guò)與材料表面產(chǎn)生系列化學(xué)使其形成表面膜，通過(guò)成分中的研磨顆粒進(jìn)行去除，達到拋光目的。通常，拋光液的流速、粘度、溫度、成分、pH 值等都會(huì )對去除效果有影響。拋光液種類(lèi)繁多，根據應用的不同工藝環(huán)節，可以將其分為銅（Cu）拋光液、硅片拋光液、 鎢（W）拋光液、鈷（Co）拋光液、介質(zhì)層拋光液、淺槽隔離（STI）拋光液等。其中銅拋 光液用于集成電路銅互連工藝制程中銅的去除和平坦化，廣泛應用于130nm 及以下技術(shù)節點(diǎn)邏輯芯片的制造工藝；鎢拋光液用于集成電路制造工藝中鎢塞和鎢通孔的平坦化，在邏輯芯片、3D NAND 和 DRAM 芯片上量產(chǎn)使用；硅粗拋光液主要應用于硅晶圓的初步加工過(guò)程中，硅晶圓是集成電路的基底材料。

拋光液在 CMP 技術(shù)中至關(guān)重要，在拋光材料中的價(jià)值占比達到 49%。拋光液主要原料由納米磨料、添加劑和純水組成，其中納米磨料是決定拋光液性能及拋光效率的關(guān)鍵原料， 占據拋光液成本的三分之一。在 CMP 過(guò)程中拋光液影響著(zhù)化學(xué)作用與磨粒機械作用程度的比例，很大程度上決定了 CMP 能獲得的拋光表面質(zhì)量和拋光效果。

3.5. CMP 拋光墊：陶氏一家獨大,鼎龍突出重圍

拋光墊是 CMP 工藝中除拋光液之外的另一重要耗材。拋光墊由多孔、有彈性的聚合物材料組成，具有類(lèi)似海綿的機械特性和多孔特性，且表面有特殊的溝槽，可提高拋光均勻性。其主要作用是儲存和運輸拋光液、去除磨屑和維持穩定的拋光環(huán)境，使拋光均勻。

根據軟硬的不同，拋光墊可分為硬墊和軟墊兩種

?硬墊：硬度較大、拋光液固體顆粒大，能實(shí)現較快的拋光速度, 有較好均勻性和平整度；但表面較粗糙,損傷層較嚴重。 

?軟墊：拋光液利用率高，拋光液中固體顆粒較小，有更好的硅片內平均性, 因此可以增加光潔度, 同時(shí)去除粗拋時(shí)留下的損傷層，但難以實(shí)現高效的平坦化加工高硬度拋光墊容易造成晶圓刮傷導致低的良率，較軟的拋光墊則有更高的損耗率，因而通過(guò)改變化學(xué)成分與多孔結構控制，根據工藝需求選擇特定硬度的拋光墊是拋光墊環(huán)節的工藝難點(diǎn)。在硬墊領(lǐng)域過(guò)去制程演進(jìn)的過(guò)程中不同的技術(shù)節點(diǎn)對于拋光墊的變化不是非常大，龍頭公司相對容易保持產(chǎn)品的一致性、壟斷性、和穩定性。

根據材質(zhì)的不同，拋光墊又能分為聚氨酯拋光墊，無(wú)紡布拋光墊和帶絨毛結構的無(wú)紡布拋光墊。

拋光墊產(chǎn)品種類(lèi)相對單一，市場(chǎng)呈一家獨大的競爭格局。目前全球拋光墊市場(chǎng)主要被美國廠(chǎng)商所壟斷，據華經(jīng)情報網(wǎng)統計，陶氏化學(xué) 2018 年占全球拋光墊市場(chǎng)份額接近 80%，其中陶氏 20 英寸占據 85%的市場(chǎng)份額，30 英寸市場(chǎng)占比更高。此外其他供應商 Cabot、Thomas West、FOJIBO 等公司所占份額分別為 5%、4%、2%。大陸廠(chǎng)商中，鼎龍股份通過(guò)28nm 產(chǎn)品全制程（ILD/SIT/W/Cu/GKMG）的驗證并獲得訂單，針對 14nm 以下先進(jìn)制程開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品在客戶(hù)端驗證進(jìn)展順利，已初步打破拋光墊技術(shù)壟斷，產(chǎn)能仍在釋放當中。

陶氏：陶氏化學(xué)成立于 1897 年，是美國第一大、全球第二大化工企業(yè)。陶氏產(chǎn)品種類(lèi)涉獵廣泛，2019 年拆分后的新陶氏主要業(yè)務(wù)集中于材料科學(xué)，其中公司在 CMP 拋光墊市場(chǎng)的絕對統治地位對中國半導體材料影響最大，全球市占率高達 79%。陶氏具備較早進(jìn)入市場(chǎng)的先發(fā)優(yōu)勢，豐富的技術(shù)累積和先進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)始終引領(lǐng)著(zhù)市場(chǎng)發(fā)展。陶氏最早推出的IC1000 拋光墊產(chǎn)品已經(jīng)成為了拋光墊行業(yè)的測試標準。陶氏的拋光墊產(chǎn)品隨著(zhù)工藝發(fā)展，逐步向缺陷率更低、平坦度更高、使用壽命更長(cháng)的目標靠攏，提高市場(chǎng)工藝技術(shù)，維護公司產(chǎn)品的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。在未來(lái)這一發(fā)展方向仍將引領(lǐng)整個(gè)拋光墊行業(yè)的發(fā)展。

鼎龍股份：鼎龍股份率先突圍，成為 CMP 拋光墊唯一本土供應商，打破國外壟斷局面。公司擬打造平臺型材料企業(yè)，在業(yè)務(wù)領(lǐng)域全方位布局，包括打印復印通用耗材和光電半導體材料兩條主線(xiàn)，公司 2013 年立項 CMP 拋光墊，并被納入了“02”專(zhuān)項，負責中芯國際子課題 20-14nm 技術(shù)節點(diǎn) CMP 拋光片產(chǎn)品的研發(fā)任務(wù)。2020 年 CMP 拋光墊產(chǎn)品已經(jīng)導入國內領(lǐng)先下游存儲芯片、功率芯片以及邏輯芯片等重要晶圓制造商，其中公司的 28nm 以上拋光墊獲得國內存儲大廠(chǎng)商量產(chǎn)訂單。22 年 3 月公司氧化鋁拋光液產(chǎn)品也通過(guò)客戶(hù)認證，進(jìn)入噸級采購階段，實(shí)現了關(guān)鍵材料的自主制備。

營(yíng)收及市占率突飛猛進(jìn)，國內龍頭地位初步顯現。鼎龍股份 2021 年實(shí)現營(yíng)業(yè)收入 23.55 億元，同比增長(cháng) 29.67%；實(shí)現歸母凈利潤 2.13 億元，同比增長(cháng) 233.60%。拋光墊業(yè)務(wù)營(yíng)收水平持續增長(cháng)，進(jìn)入放量期。2021 年，拋光墊產(chǎn)品實(shí)現銷(xiāo)售收入 3.02 億元，同比增長(cháng)284%，首度扭虧為盈實(shí)現規模盈利，國內市占率由 2020 年不到 10%增長(cháng)到 2021 年的15%。公司拋光墊產(chǎn)品實(shí)現了成熟制程及先進(jìn)制程的 100%全覆蓋。關(guān)鍵原材料自主化持續推進(jìn)，常規型號原料均實(shí)現自研自產(chǎn)，極大程度上保障了供應鏈的自主性、安全性，并優(yōu)化了產(chǎn)品成本結構。

-End-