1、2022年CMP行業開展現狀及市場規模分析一、CMP是半導體制造的關鍵工藝裝備之一CMP （Chemical Mechanical Polishing,化學機械拋光） 是實現晶圓全局均勻平坦化的關鍵工藝。晶圓制造過程主要 包括七個相互獨立的工藝流程：光刻、刻蝕、薄膜生長、擴 散、離子注入、化學機械拋光、金屬化。其中，化學機械拋光 是指通過化學腐蝕與機械研磨的協同配合作用，實現晶圓表 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以內的超高平整度。作為實現晶圓外表平坦化的關鍵 工藝設備，CMP設備集摩擦學、表/界面力學、分子動力學、 精密制造、化學/化工、智能控制等多領城最先進技術于

2、一體, 為半導體設備中較為復雜和研制難度較大的專用設備之一。CMP設備包括拋光、清洗、傳送三大模塊。在作業過程 中，拋光頭將晶圓待拋光面壓抵在粗糙的拋光墊上，借助拋 光液腐蝕、微粒摩擦、拋光墊摩擦等耦合實現全局平坦化。 其中，關鍵技術在于可全局分區施壓的拋光頭，其在限定的空 間內對晶圓全局的多個環狀區域實現超精密可控單向加壓， 從而可以響應拋光盤測量的膜厚數據調節壓力控制晶圓拋光 形貌，使晶圓拋光后外表到達超高平整度，且外表粗糙度小 于0.5nm,相當于頭發絲的十萬分之一。同時，制程線寬不斷 縮減、拋光液配方愈加復雜，導致拋光后更難以清洗，且對 CMP清洗后的顆粒物數量要求呈指數級降低，因此需

3、要CMP 設備中清洗單元具備強大的清潔能力來實現更徹底的清潔效 果，同時還不會破壞晶圓外表極限化微縮的特征結構。CMP設備在集成電路產業鏈中應用廣泛。從產業上下游 關系來看，集成電路制造產業鏈可分為硅片制造、集成電路 設計、集成電路制造、封裝測試等四大領域，除集成電路設 計領域外，其他領域均有CMP設備應用場景。在硅片制造領 域，半導體拋光片在完成拉晶、硅錠加工、切片成型環節后, 為最終得到平整潔凈的拋光片需要通過CMP設備及工藝來實 現。在集成電路制造領域，芯片制造過程按照技術分工主要 可分為薄膜淀積、CMP、光刻、刻蝕、離子注入等工藝環節, 各工藝環節實施過程中均需要依靠特定類型的半導體專

4、用設 備。在先進封裝領域，CMP工藝越來越多被引入并大量使用, 其中硅通孔(TSV)技術、扇出(Fan-Out)技術、2.5D轉接板 (interposer), 3D IC等將用到大量CMP工藝。CMP設備是晶圓再生的核心工藝設備之一。晶圓再生工 藝流程主要是對控擋片進行去膜、粗拋、精拋、清洗、檢測 等工序處理，使其外表平整化、無殘留顆粒，技術難點主要 在于對再生晶圓外表平整度、缺陷和晶圓外表的納米級顆粒殘 留、金屬離子殘留的控制要求極高，這些要求主要通過CMP 設備來實現，因此CMP工藝和技術是晶圓再生工藝流程的核 心，CMP設備也是晶圓再生工藝產線中資金投入最大的設備。二、CMP在先進制程

5、中重要性提升，技術繼承性良好CMP設備關乎芯片整體性能，是制程技術節點升級的重 要工藝設備之一。CMP是在芯片制造制程和工藝演進到一定 程度、摩爾定律因沒有合適的拋光工藝無法繼續推進之時才 誕生的一項新技術。自從1988年IBM公司將CMP技術應用 于4MDRAM芯片制造后，伴隨器件特征尺寸(CD)微細化， 以及技術升級引入的多層布線和一些新型材料的出現，集成 電路制造工藝逐漸對CMP技術產生了越來越強烈的依賴。如果將芯片制造過程比作建造高層樓房，每搭建一層樓 都需要讓樓層足夠平坦齊整，才能在其上方繼續搭建另一層， 否那么樓面就會高低不平，影響整體性能和可靠性。而CMP技 術是實現更細線寬光刻

6、工藝的前提和基礎，只有CMP技術能 夠有效保證集成電路的“樓層”到達納米級全局平整，使得更 先進光刻工藝得以進行，因此CMP技術工藝是集成電路制造 中保證芯片整體性能、推進制程技術節點升級的重要環節。CMP設備在較長時間內不存在技術迭代周期。集成電路 行業的開展趨勢表達在需求劇增但制程節點迭代放緩，當前 CMP仍是集成電路制造大生產上產出效率最高、技術最成熟、 應用最廣泛的納米級全局平坦化外表制造設備，具有突出的材 料均勻去除與納米缺陷高效控制優勢。CMP設備在較長時間 內不存在技術迭代周期，應用于28nm和14nm的CMP設備 沒有顯著的差異，僅是特定模塊技術的優化。CMP設備的技術繼承性良

7、好。與其他工藝環節的半導體 專用設備相比，隨著技術節點升級，CMP的技術繼承更好， 因此CMP設備對芯片制造技術節點的適用范圍更廣。CMP 工藝由14nm持續向7nm、5nm、3nm先進制程推進過程中， CMP技術將不斷趨于拋光頭分區精細化、工藝控制智能化、 清洗單元多能量組合化方向開展，拋光驅動技術、壓力調控 技術、智能控制系統、終點識別檢測系統以及智能清洗模塊 等關鍵模塊技術將是CMP技術未來開展的重要突破方向。三、全球市場規模持續增長，CMP設備廠商開展空間廣 闊下游終端需求增長和晶圓廠擴產增效，全球半導體設備 市場規模持續擴大。終端需求是推動半導體設備市場成長的 主要動力。伴隨全球信息

8、化、網絡化和知識經濟的迅速開展, 特別是以物聯網、人工智能、汽車電子、智能手機、智能穿戴、 云計算、大數據和安防電子等為主的新興應用領域的強勁增 長，全球半導體行業正迎來市場快速增長期，芯片需求量不 斷增加，帶動晶圓制造、封裝測試的需求提升，推動相關產業環節的產能穩步擴張，進而驅動半導體設備市場規模穩步提 升。圖18:全球半導體市場規模（單位：十億美元）800 n800 nr 30%600200 20%10%0%-10%-20%山會。心 有線和無線基礎設施工業山會。心 有線和無線基礎設施工業汽車服務器、數據中心和存儲消費電子（含手機和PC）YoY數據來源：Gartner,廣發證券開展研究中心C

9、MP設備約占晶圓制造設備的3%左右。根據中微公司 引用的Gartner的統計數據，2021年全球CMP設備約占晶圓 制造設備3%的市場份額。按照SEMI統計的2021年全球晶 圓處理設備市場規模880.1億美元測算，2021年全球CMP設 備的市場規模約20.64億美元。在設備單價方面，根據賽迪顧 問數據，用于200 mm圓片的CMP設備價格約300萬美元， 300 mm晶圓的CMP設備價格約400萬美元。在先進制程工藝中，CMP步驟顯著增加。隨著線寬越來 越小、層數越來越多，先進工藝對CMP的技術要求越來越高, CMP設備的使用頻率也越來越高。以邏輯芯片為例，根據立 鼎產業研究引用的Cabo

10、t Microelectroncs的測算，隨著邏輯芯 片制程的提高，單片晶圓的拋光次數也從28nm所需要的約 40。次提升至5nm的超過1200次。隨著先進制程對CMP應 用步驟增加，CMP的需求占比有望進一步提升。圖21:運科芯片晶圓構光次數隨技術節點進步而增加鍬據來源：立鼎產業研究，Cabot Microelectronics,廣發證券開展研究中心在半導體行業高景氣和工藝技術進步的驅動下，全球 CMP設備市場規模將穩步增長。根據公司招股說明書引用的 SEMI統計數據，2020年全球CMP設備的市場規模為15.8 億美元,較 2019 年增長 5.83%O 根據 Global Industr

11、y Analysts 的預測數據，預計到2027年，全球CMP設備市場規模將增 至29億美元，年增速約為5.8%。CMP設備的維保更新需求，為CMP設備廠商增添業務 成長源。基于CMP工藝特點，CMP設備正常運行過程中，除 了需要使用拋光液、拋光墊等通用耗材外，設備自身的拋光 頭、保持環、氣膜、清洗刷、鉆石碟等關鍵耗材也會快速損耗, 必須進行定期維保更新，且該等服務需求會隨著廠商銷售設備 數量的增加而快速增長。因此，CMP設備廠商通常會基于自 身設備及工藝技術，向客戶提供專用耗材銷售和關鍵耗材維 保等技術服務，在設備銷售之外獲取更長期穩定和更高盈利能 力的服務收入，海外知名廠商如美國應用材料與

12、日本荏原均 有為客戶提供CMP設備關鍵耗材銷售和維保業務。再生晶圓業務與CMP設備業務高度協同，進一步翻開 CMP設備廠商成長空間。晶圓再生業務是對現有CMP設備 業務的外延式拓展。根據RST公司的2020年投資者關系演示, 目前再生晶圓的使用量估計占半導體制造線輸入晶圓總量的 20%o長期看，晶圓廠出于對本錢節約的考慮，有望增加對再 生晶圓的需求；此外，先進制程產品制造需要更多的再生晶 圓。而隨著外部能提供更多高質量再生晶圓，晶圓廠對晶圓 再生服務外包的需求有望進一步增強。根據觀研網的數據，65 nm制程的晶圓代工廠每10片正片需要加6片擋控片，28 nm 及以下的制程每10片正片需要加15

13、-20片擋控片。四、國產廠商加速追趕，CMP設備本土化潛力巨大中國大陸正逐漸成為全球半導體產能重心，制造環節占 比穩步提升。作為全球最大的半導體消費市場，我國對半導 體器件產品的需求旺盛，半導體市場規模持續擴大，2010年2020年年均復合增長率為19.91%。市場需求帶動了全球產能 中心向中國大陸轉移，中國大陸半導體產業鏈的制造環節重 要性日益凸顯，大陸地區晶圓廠不斷新建和擴產，為我國半 導體設備行業提供了巨大的市場空間，2020年中國大陸地區 半導體設備銷售額為187.2億美元，首次成為全球規模最大的 半導體設備市場。中國大陸CMP設備市場規模穩中有升。從中國半導體設 備市場規模角度來看，

14、根據公司招股說明書引用的SEMI統 計數據，2017 - 2020年中國大陸地區的CMP設備市場規模分 別為2.2億美元、4.6億美元、4.6億美元和4.3億美元，呈現 波動增長趨勢。圖27: 20132021年中國大陸CMP設備市場規模數據來源：公司招股書，SEMI,廣發證券開展研究中心注：2021年數據由SEMI統計的中國大陸2021年設備市場規模增速測算得出我國大局部高端CMP設備仍依賴進口，國產替代潛力大。 全球CMP設備市場處于高度壟斷狀態，主要由美國應用材料 和日本荏原兩家設備制造商占據。根據公司招股書，美國應 用材料和日本荏原兩家制造商合計擁有全球CMP設備超過90% 的市場份額，尤其在14nm以下最先進制程工藝的大生產線上 所應用的CMP設備僅由兩家國際巨頭提供。中國大陸絕大部 分的高端CMP設備仍然依賴于進口，也主要由美國應用材料 和日本荏原兩家提供，我國本土 CMP設備具有較大的國產替 代空間。本土 C