2022年CMP行業(yè)市場規(guī)模分析

1、2022年CMP行業(yè)市場規(guī)模分析1、CMP 行業(yè)：市場規(guī)模穩(wěn)步增長，國產(chǎn)廠商加速突破CMP（化學機械拋光）通過化學腐蝕與機械研磨的協(xié)同配合，實現(xiàn)晶圓表 面多余材料的高效去除與全局納米級平坦化。集成電路普遍采用多層立體 布線，集成電路制造的前道工藝環(huán)節(jié)需要進行多層循環(huán)，在此過程中需要 通過 CMP 工藝實現(xiàn)晶圓表面的平坦化。CMP 重復使用在薄膜沉積后、光刻 環(huán)節(jié)之前，除了集成電路制造，CMP 設備還可以用于硅片制造環(huán)節(jié)與先進 封裝領(lǐng)域。1）集成電路制造領(lǐng)域：芯片制造過程按照技術(shù)分工主要可分 為薄膜淀積、CMP、光刻、刻蝕、離子注入等工藝環(huán)節(jié)，各工藝環(huán)節(jié)實施 過程中均需要依靠特定類型的半導體專用

2、設備；2）硅片制造領(lǐng)域：半導 體拋光片生產(chǎn)工藝流程中，在完成拉晶、硅錠加工、切片成型環(huán)節(jié)后，在 拋光環(huán)節(jié)，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(xiàn)； 3）先進封裝領(lǐng)域：CMP 工藝會越來越多被引入并大量使用，其中硅通孔 （TSV）技術(shù)、扇出（Fan-Out）技術(shù)、2.5D 轉(zhuǎn)接板（interposer）、3D IC 等將用到大量 CMP 工藝。隨著制程發(fā)展，制造工藝中引入多層布線和一些新型材料，CMP 步驟隨之 增多、工藝類型增加。以邏輯芯片為例，65nm 制程芯片需要經(jīng)歷約 12 道 CMP 步驟，而 7nm 制程所需要的 CMP 處理增加至 30 多道。進入 0.25m

3、 節(jié) 點后的 Al 布線和進入 0.13m 節(jié)點后的 Cu 布線，CMP 技術(shù)的重要性開始 突出。進入 9065nm 節(jié)點后，隨著銅互連技術(shù)和 low-k 介質(zhì)的廣泛采用， CMP 的研磨對象主要是銅互連層、絕緣膜和淺溝槽隔離（STI）。從 28nm 開 始，邏輯器件的晶體管中引入 high-k 金屬柵結(jié)構(gòu)（HKMG），因而同時引入 了兩個關(guān)鍵的平坦化應用，即虛擬柵開口 CMP 工藝和替代金屬柵 CMP 工藝。 到了 32nm 和 22nm 節(jié)點，增加銅互連低 k 介質(zhì)集成的 CMP 工藝技術(shù)。在 22nm 開始出現(xiàn)的 FinFET 晶體管添加了虛擬柵平坦化工藝，這是實現(xiàn)后續(xù) 3D 結(jié)構(gòu)刻蝕的

4、關(guān)鍵技術(shù)。制程節(jié)點發(fā)展至 7nm 以下時，CMP 的應用新增了 包含氮化硅 CMP、鰭式多晶硅 CMP、鎢金屬柵極 CMP 等先進 CMP 技術(shù)，所需的拋光步驟也增加至 30 余步，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 設備包括拋光、清洗、傳送三大模塊。作業(yè)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(xiàn)全局平坦化。拋光盤帶動拋光墊旋轉(zhuǎn)，通過先進的終點檢測系 統(tǒng)對不同材質(zhì)和厚度的膜層實現(xiàn) 310nm 分辨率的實時厚度測量防止過拋， 更為關(guān)鍵的技術(shù)在于可全局分區(qū)施壓的拋光頭，其在限定的空間內(nèi)對晶圓 全局的多個環(huán)狀區(qū)

5、域?qū)崿F(xiàn)超精密可控單向加壓，從而可以響應拋光盤測量 的膜厚數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)壓力控制晶圓拋光形貌，使晶圓拋光后表面達到超高平整 度，且表面粗糙度小于 0.5nm。制程線寬不斷縮減和拋光液配方愈加復雜 均導致拋光后更難以清洗，且對 CMP 清洗后的顆粒物數(shù)量要求呈指數(shù)級 降低，因此需要 CMP 設備中清洗單元具備強大的清潔能力來實現(xiàn)更徹底 的清潔效果，同時還不會破壞晶圓表面極限化微縮的特征結(jié)構(gòu)。2、全球 CMP 設備 21 年 26 億美元市場，國內(nèi)晶圓廠持續(xù)擴產(chǎn)帶來訂單機會全球半導體設備銷售額連續(xù) 3 年增長，2021 年全球設備銷售 額 1026 億美元，同比增長 45%，其中晶圓制造設備 880 億美

6、元，同比增長 45%，預計 2022 年前道制造設備增速為 18%增長至 1070 億美元。從中國半 導體設備市場規(guī)模角度來看，2017-2019 年中國大陸地 區(qū)的 CMP 設備市場規(guī)模分別為 2.2 億美元、4.6 億美元和 4.6 億美元，對應年度中國大陸半導體設備市場銷售規(guī)模分別為 82.3 億美元、131.1 億美元和 134.5 億美元。我們測算 2021 年全球 CMP 設備市場規(guī)模約為 26 億美元，中國大陸 CMP 設備市場規(guī)模約為 7.5 億美元。國內(nèi)的中芯國際、長江存儲、長鑫存儲、華虹集團等廠商在陸續(xù)進入加速 擴產(chǎn)期，產(chǎn)能持續(xù)增長，為設備廠商帶來了巨大的訂單機會。我們根據(jù)

7、公開信息統(tǒng)計，截止 21 年底中國大陸地區(qū)的晶圓代工廠、IDM 廠等的 12 英 寸潛在擴產(chǎn)產(chǎn)能為 120 萬片/月，8 英寸還有 42 萬片/月。我們測算 12 英 寸 2022-2023 每年新增產(chǎn)能持續(xù)增長，分別為 33.5/36.5 萬片/月。假設 8 英寸晶圓廠投資成本為 1.2 億美元（約 8 億元人民幣）/萬片月產(chǎn)能，12 英寸 90nm-28nm 的投資成本為 4-8 億美元/萬片月產(chǎn)能。我們測算 2022- 2023 年中國大陸內(nèi)資晶圓廠資本開支分別為 1688/1916 億元，所需設備的 市場規(guī)模為 1351/1533 億元，同比增長 30%/13%。3、美國應材與日本荏原

8、壟斷全球 90%市場，2021 年國產(chǎn)化率達到 16.5%2017 年和 2018 年美國應用材料和日本荏原兩家公司 合計占有全球 CMP 設備 98%和 90%的市場份額。到 2019 年應用材料占據(jù)了 70%的市場，日本的荏原機械占據(jù)了 25%的市場，兩者合計占有 95%的市場， 其他廠商占 5%。2021 年應用材料在全球 CMP 設備中占比 64%， 根據(jù)荏原 2020 年 742 億日元的 CMP 收入，全球占比約 27%。尤其在 14nm 以下最先進制程工藝的大生產(chǎn)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

9、用材料和日本荏原兩家提供。應用材料是全球最大的半導體設備供應商，公司產(chǎn)品覆蓋沉積、刻蝕、摻 雜、CMP 多工藝環(huán)節(jié)。2020 年應用材料在刻蝕、沉積、 CMP、離子注入、工藝控制領(lǐng)域的全球市場份額分別達到了 17%、43%、64%、 55%和 12%。目前應用材料主要有 MIRRA 和 REFLEXION 兩個系列。MIRRA 主 要用于 6 英寸和 8 英寸晶圓，適用于硅、淺溝槽隔離 (STI)、氧化物、多 晶硅、金屬鎢和銅的 CMP 拋光；定位 12 英寸 CMP 平臺的 Reflexion LK， 同樣為銅鑲嵌、淺溝槽隔離、氧化物、多晶硅和金屬鎢應用提供性能 CMP 方案，升級后的 Re

10、flexion LK Prime 具有使用四個拋光墊、六個拋光頭、 八個清潔室和兩個干燥室的順序加工站，具有先進的工藝控制，可為當今 最先進的 CMP 應用提供精密加工和高生產(chǎn)率。日本荏原成立于 1912 年，目前旗下有流體機械及系統(tǒng)、環(huán)境工程和精密 電子設備三大業(yè)務，其中精密電子設備包括干式真空泵、CMP 設備、電鍍 設備及排氣處理設備，主要用于半導體、平板顯示、LED 和太陽能電池等 領(lǐng)域。荏原在 CMP 設備全球市占率第二，僅次于應用材料。在 CMP 領(lǐng)域， Ebara 是干進/干出（dry-in/dry-out）專利的開拓者，獨立研發(fā)的 8 英寸 和 12 英寸 CMP 拋光設備均具有

11、高可靠性和高生產(chǎn)率。國產(chǎn)化取得重要突破，公司是國內(nèi)唯一的 12 英寸 CMP 設備量產(chǎn)供應商。 國內(nèi) CMP 市場，目前在高端市場部分，絕大部分仍然依賴于進口，在 14nm 以下進制程工藝的大生產(chǎn)線上所應用的 CMP 設備僅由美國應用材料和日本 荏原兩家國際巨頭提供。應用材料與日本荏原分別已實現(xiàn) 5nm 制程和部分 材質(zhì) 5nm 制程的工藝應用；但是在成熟制程領(lǐng)域，以公司為代表的國內(nèi)企 業(yè)已經(jīng)打破了國外巨頭常年壟斷的局面，已經(jīng)實現(xiàn) 28nm 制程的成熟產(chǎn)業(yè) 化應用，14nm 制程工藝技術(shù)正處于驗證中，在已量產(chǎn)的制程應用中與國外 巨頭的主要產(chǎn)品不存在技術(shù)差距，已經(jīng)廣泛應用于中芯國際、長江存儲、 華虹集團、大連英特爾、廈門聯(lián)芯、長鑫存儲、廣州粵芯、上海積塔等產(chǎn) 線。整體國產(chǎn)化率：按照 SEMI 統(tǒng)計的 2018 年國內(nèi) CMP 設備市場規(guī)模以及公司 的 CMP 設備銷售收入計算，2018-2021 年公司在國內(nèi) CMP 市場的占有率分 別為 1.05%、6.15%、12.64%、16.5%。部分產(chǎn)線的國產(chǎn)化率達到 部分產(chǎn)線 的國產(chǎn)化率達到 20%甚至更高。據(jù)統(tǒng)計長江存儲、華虹無錫、上海華力一 二期項目、上海積塔在中國國際招標網(wǎng)上公布的 2019 年至 2021 年期間 CMP 設備采購項目的評