CMP材料市场规模持续增长，国产替代空间广阔

• 2023-08-10 14:30:26 来源：中研网

CMP又称化学机械平坦技术，是使用化学腐蚀及机械力对加工过程中的硅晶圆或其它衬底材料进行平坦化处理。CMP设备包括抛光、清洗、传送三大模块，其作业过程中，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。目前的集成电路元件普遍采用多层立体布线，因此集成电路制造的前道工艺环节要进行多次循环。在此过程中，CMP技术是集成电路（芯片）制造过程中实现晶圆表面平坦化的关键工艺，是集成电路制造中推进制程技术节点升级的重要环节。

晶圆制造主要包括7大流程，分别是扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、化学机械抛光（CMP）、金属化，其中CMP技术是晶圆制造的必须流程之一，对高精度、高性能晶圆制造至关重要。集成电路产业链可分为硅片制造、集成电路设计、集成电路制造、封装测试等四大领域，除集成电路设计领域外，其他三大领域均有CMP的应用场景。

集成电路作为全球信息产业的基础与核心，广泛应用于电子设备（如智能手机、电视机、计算机等）、通讯、军事等领域，对经济建设、社会发展和国家安全具有重要战略意义和核心关键作用，是衡量一个国家或地区现代化程度和综合实力的重要标志。

(资料图)

CMP中核心材料为抛光液与抛光垫，上游为研磨颗粒、添加剂、聚氨酯、无纺布等，下游则为晶圆制造厂。随着新技术发展和应用领域不断拓展，全球集成电路行业市场规模增长迅猛，带动晶圆制造需求提升，抛光垫与抛光液市场空间逐渐打开。

CMP材料根据功能的不同，主要分为抛光液、抛光垫、抛光后清洗液、调节剂等。抛光垫主要作用是储存和运输抛光液、去除磨屑和维持稳定的抛光环境等。抛光液在化学机械抛光过程中可使晶圆表面产生一层氧化膜，再由抛光液中的磨粒去除，达到抛光的目的。清洗液主要用于去除残留在晶圆表面的微尘颗粒、有机物、无机物、金属离子、氧化物等杂质。

根据CMP细分抛光材料市场份额，抛光液占比达49，抛光垫占比33，合计超过80。

抛光液是一种由去离子水、磨料、PH值调节剂、氧化剂以及分散剂等添加剂组成的水溶性试剂。在抛光的过程中，抛光液中的氧化剂等成分与硅片表面材料产生化学反应，在表面产生一层化学反应薄膜，后由抛光液中的磨粒在压力和摩擦的作用下将其去除，最终实现抛光。

抛光液种类繁多，根据应用的不同工艺环节，可以将抛光液分为硅抛光液、铜及铜阻挡层抛光液、钨抛光液、介质层抛光液、浅槽隔离（STI）抛光液以及用于先进封装的硅通孔（TSV）抛光液等。

抛光垫一般是由聚氨酯做成，表面包括一定密度的微凸峰与微孔，不仅可以去除硅片表面材料，而且还起到存储和运输抛光液、排除抛光过程产物的作用。

抛光垫具有类似海绵的机械特性和多孔特性，表面有特殊的沟槽，属于消耗品，其寿命通常只有45-75小时，需要定时整修和更换。抛光垫按材质结构可分为：聚合物抛光垫、无纺布抛光垫、带绒毛结构的无纺布抛光垫、复合型抛光垫。

抛光垫主要使抛光液有效均匀分布至整个加工区域，并可提供新补充的抛光液进行一个抛光液循环。抛光垫必须对抛光液具有良好的保持性，在加工时可以涵养足够的抛光液，使CMP中的机械和化学反应充分作用。为了保持抛光过程的稳定性、均匀性和可重复性，抛光垫材料的物理性质、化学性质以及表面形貌等特性，都需要保持稳定。

晶圆代工行业源于半导体产业链的专业化分工，主要负责晶圆制造，属于技术、资本与人才密集型行业，需要大量的资本支出和人才投入，具有较高的进入壁垒。根据ICInsights的统计，2016-2021年全球晶圆制造市场规模由652亿美元提升至1101亿美元，CAGR为11.05，同期中国晶圆制造市场规模约由49.05亿美元提升至115.65亿美元，行业增速高于全球，达到15.36。

据IDC及芯思想研究院统计，截至2021年，我国6英寸及以下晶圆制造线装机产能约420万片等效6英寸晶圆产能，8英寸、12英寸晶圆制造厂装机产能分别为125万片/月、131万片/月，预计到2024年8英寸、12英寸将达到187与273万片/月，年均复合增速分别为14.37、27.73。

从半导体材料市场构成来看，2022年CMP抛光材料占比达到7.2。受益于5G、人工智能、消费电子、汽车电子等领域的需求拉动，全球半导体材料市场规模呈现波动向上的态势。2016-2022年半导体材料的市场规模由428.2亿美元提升至698亿美元，CAGR为8.48，根据SEMI预测，2023年全球半导体材料市场规模预计突破700亿美元，同比提升0.29。

伴随着国内半导体材料厂商技术水平和研发能力的提升，中国半导体材料市场规模提升速度高于全球。2017-2022年国内半导体材料市场规模由524.5亿元提升至914.4亿元，CAGR达到11.76，根据SEMI预测，2023年市场规模预计为1024.3亿元，同比提升12.02。

人工智能高速发展对算力提出高要求，以ChatGPT为例，模型参数量从一代的1.17亿个跃升至三代的1750亿个，增长约1496倍，对算力需求几何式增长。当前云端是AI算力的中心，AI芯片需求爆发式增长。未来随着技术成熟，AI芯片的应用场景除了在云端及大数据中心，也会随着算力逐渐向边缘端移动，带动AI芯片需求持续增长。Al芯片主要分为GPU、FPGA、ASIC三大类，其中GPU占据主导地位。

中国AI芯片厂商正在奋起直追，尤其是在ASIC（专用集成电路）路线上加大投入。目前，国内已经涌现出寒武纪、华为昇腾、海光信息、燧原科技等优秀AI芯片厂商，AI算力性能显著提升，未来有望实现超预期发展。新兴AI带动高性能芯片需求，将进一步促进半导体材料增长。

CMP技术是目前唯一能兼顾表面全局和局部平坦化的抛光技术，伴随着集成电路线宽变小、层数增多以及摩尔定律的延续，对CMP的技术提出了更高的要求，同时CMP设备的使用频率也逐渐提高。

制程节点发展至7nm以下时，芯片制造过程中CMP的应用在最初的氧化硅CMP和钨CMP基础上新增了包含氮化硅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。存储芯片由2DNAND向3DNAND技术变革，也带动了CMP抛光步骤翻倍式的提升。

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