2022年CMP行业市场规模分析 CMP是半导体制造过程中实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺

1、CMP 行业：市场规模稳步增长，国产厂商加速突破

CMP（化学机械抛光）通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合，实现晶圆表 面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化。集成电路普遍采用多层立体 布线，集成电路制造的前道工艺环节需要进行多层循环，在此过程中需要 通过 CMP 工艺实现晶圆表面的平坦化。CMP 重复使用在薄膜沉积后、光刻 环节之前，除了集成电路制造，CMP 设备还可以用于硅片制造环节与先进 封装领域。

1）集成电路制造领域：芯片制造过程按照技术分工主要可分 为薄膜淀积、CMP、光刻、刻蚀、离子注入等工艺环节，各工艺环节实施 过程中均需要依靠特定类型的半导体专用设备；2）硅片制造领域：半导 体抛光片生产工艺流程中，在完成拉晶、硅锭加工、切片成型环节后，在 抛光环节，为最终得到平整洁净的抛光片需要通过 CMP 设备及工艺来实现； 3）先进封装领域：CMP 工艺会越来越多被引入并大量使用，其中硅通孔 （TSV）技术、扇出（Fan-Out）技术、2.5D 转接板（interposer）、3D IC 等将用到大量 CMP 工艺。

随着制程发展，制造工艺中引入多层布线和一些新型材料，CMP 步骤随之 增多、工艺类型增加。以逻辑芯片为例，65nm 制程芯片需要经历约 12 道 CMP 步骤，而 7nm 制程所需要的 CMP 处理增加至 30 多道。进入 0.25μm 节 点后的 Al 布线和进入 0.13μm 节点后的 Cu 布线，CMP 技术的重要性开始 突出。进入 90～65nm 节点后，随着铜互连技术和 low-k 介质的广泛采用， CMP 的研磨对象主要是铜互连层、绝缘膜和浅沟槽隔离（STI）。

从 28nm 开 始，逻辑器件的晶体管中引入 high-k 金属栅结构（HKMG），因而同时引入 了两个关键的平坦化应用，即虚拟栅开口 CMP 工艺和替代金属栅 CMP 工艺。 到了 32nm 和 22nm 节点，增加铜互连低 k 介质集成的 CMP 工艺技术。在 22nm 开始出现的 FinFET 晶体管添加了虚拟栅平坦化工艺，这是实现后续 3D 结构刻蚀的关键技术。制程节点发展至 7nm 以下时，CMP 的应用新增了 包含氮化硅 CMP、鳍式多晶硅 CMP、钨金属栅极 CMP 等先进 CMP 技术，所需的抛光步骤也增加至 30 余步，大幅刺激了集成电路制造商对 CMP 设备 的采购和升级需求。（报告来源：未来智库）

CMP 设备包括抛光、清洗、传送三大模块。作业过程中，抛光头将晶圆待 抛光面压抵在粗糙的抛光垫上，借助抛光液腐蚀、微粒摩擦、抛光垫摩擦 等耦合实现全局平坦化。抛光盘带动抛光垫旋转，通过先进的终点检测系 统对不同材质和厚度的膜层实现 3~10nm 分辨率的实时厚度测量防止过抛， 更为关键的技术在于可全局分区施压的抛光头，其在限定的空间内对晶圆 全局的多个环状区域实现超精密可控单向加压，从而可以响应抛光盘测量 的膜厚数据调节压力控制晶圆抛光形貌，使晶圆抛光后表面达到超高平整 度，且表面粗糙度小于 0.5nm。制程线宽不断缩减和抛光液配方愈加复杂 均导致抛光后更难以清洗，且对 CMP 清洗后的颗粒物数量要求呈指数级 降低，因此需要 CMP 设备中清洗单元具备强大的清洁能力来实现更彻底 的清洁效果，同时还不会破坏晶圆表面极限化微缩的特征结构。

2、全球 CMP 设备 21 年 26 亿美元市场，国内晶圆厂持续扩产带来订单机会

全球半导体设备销售额连续 3 年增长，2021 年全球设备销售 额 1026 亿美元，同比增长 45%，其中晶圆制造设备 880 亿美元，同比增长 45%，预计 2022 年前道制造设备增速为 18%增长至 1070 亿美元。从中国半 导体设备市场规模角度来看，2017-2019 年中国大陆地 区的 CMP 设备市场规模分别为 2.2 亿美元、4.6 亿美元和 4.6 亿美元，对应年度中国大陆半导体设备市场销售规模分别为 82.3 亿美元、131.1 亿美元和 134.5 亿美元。我们测算 2021 年全球 CMP 设备市场规模约为 26 亿美元，中国大陆 CMP 设备市场规模约为 7.5 亿美元。

国内的中芯国际、长江存储、长鑫存储、华虹集团等厂商在陆续进入加速 扩产期，产能持续增长，为设备厂商带来了巨大的订单机会。我们根据公开信息统计，截止 21 年底中国大陆地区的晶圆代工厂、IDM 厂等的 12 英 寸潜在扩产产能为 120 万片/月，8 英寸还有 42 万片/月。我们测算 12 英 寸 2022-2023 每年新增产能持续增长，分别为 33.5/36.5 万片/月。假设 8 英寸晶圆厂投资成本为 1.2 亿美元（约 8 亿元人民币）/万片月产能，12 英寸 90nm-28nm 的投资成本为 4-8 亿美元/万片月产能。我们测算 2022- 2023 年中国大陆内资晶圆厂资本开支分别为 1688/1916 亿元，所需设备的 市场规模为 1351/1533 亿元，同比增长 30%/13%。

3、美国应材与日本荏原垄断全球 90%市场，2021 年国产化率达到 16.5%

2017 年和 2018 年美国应用材料和日本荏原两家公司 合计占有全球 CMP 设备 98%和 90%的市场份额。到 2019 年应用材料占据了 70%的市场，日本的荏原机械占据了 25%的市场，两者合计占有 95%的市场， 其他厂商占 5%。2021 年应用材料在全球 CMP 设备中占比 64%， 根据荏原 2020 年 742 亿日元的 CMP 收入，全球占比约 27%。尤其在 14nm 以下最先进制程工艺的大生产线上所应用的 CMP 设备仅由两家国际巨头提 供。中国大陆绝大部分的高端 CMP 设备仍然依赖于进口，也主要由美国 应用材料和日本荏原两家提供。

应用材料是全球最大的半导体设备供应商，公司产品覆盖沉积、刻蚀、掺 杂、CMP 多工艺环节。2020 年应用材料在刻蚀、沉积、 CMP、离子注入、工艺控制领域的全球市场份额分别达到了 17%、43%、64%、 55%和 12%。目前应用材料主要有 MIRRA 和 REFLEXION 两个系列。MIRRA 主 要用于 6 英寸和 8 英寸晶圆，适用于硅、浅沟槽隔离 (STI)、氧化物、多 晶硅、金属钨和铜的 CMP 抛光；定位 12 英寸 CMP 平台的 Reflexion LK， 同样为铜镶嵌、浅沟槽隔离、氧化物、多晶硅和金属钨应用提供性能 CMP 方案，升级后的 Reflexion LK Prime 具有使用四个抛光垫、六个抛光头、 八个清洁室和两个干燥室的顺序加工站，具有先进的工艺控制，可为当今 最先进的 CMP 应用提供精密加工和高生产率。

日本荏原成立于 1912 年，目前旗下有流体机械及系统、环境工程和精密 电子设备三大业务，其中精密电子设备包括干式真空泵、CMP 设备、电镀 设备及排气处理设备，主要用于半导体、平板显示、LED 和太阳能电池等 领域。荏原在 CMP 设备全球市占率第二，仅次于应用材料。在 CMP 领域， Ebara 是干进/干出（dry-in/dry-out）专利的开拓者，独立研发的 8 英寸 和 12 英寸 CMP 抛光设备均具有高可靠性和高生产率。

国产化取得重要突破，公司是国内唯一的 12 英寸 CMP 设备量产供应商。 国内 CMP 市场，目前在高端市场部分，绝大部分仍然依赖于进口，在 14nm 以下进制程工艺的大生产线上所应用的 CMP 设备仅由美国应用材料和日本 荏原两家国际巨头提供。应用材料与日本荏原分别已实现 5nm 制程和部分 材质 5nm 制程的工艺应用；但是在成熟制程领域，以公司为代表的国内企 业已经打破了国外巨头常年垄断的局面，已经实现 28nm 制程的成熟产业 化应用，14nm 制程工艺技术正处于验证中，在已量产的制程应用中与国外 巨头的主要产品不存在技术差距，已经广泛应用于中芯国际、长江存储、 华虹集团、大连英特尔、厦门联芯、长鑫存储、广州粤芯、上海积塔等产 线。

整体国产化率：按照 SEMI 统计的 2018 年国内 CMP 设备市场规模以及公司 的 CMP 设备销售收入计算，2018-2021 年公司在国内 CMP 市场的占有率分 别为 1.05%、6.15%、12.64%、16.5%。部分产线的国产化率达到 部分产线 的国产化率达到 20%甚至更高。据统计长江存储、华虹无锡、上海华力一 二期项目、上海积塔在中国国际招标网上公布的 2019 年至 2021 年期间 CMP 设备采购项目的评标结果及中标结果：该等公司 2019 年共招标采购 38 台 CMP 设备，其中公司中标 8 台，占比 21.05%；2020 年共招标采购 82 台 CMP 设备，其中公司中标 33 台，占比 40.24%；2021 年共招标采购 61 台 CMP 设备，其中公司中标 27 台，占比 44.26%；12 英寸 CMP 设备的其 余市场份额由美国应用材料、日本荏原取得。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）