2022年CMP設備行業(yè)簡要概況及市場份額分析

1、2022年CMP設備行業(yè)簡要概況及市場份額分析1.CMP設備簡要概況CMP 設備工藝復雜、研制難度大，為集成電路工藝流程中使用的主要設備之一。芯片 制造主要包括光刻、CMP、刻蝕、薄膜和摻雜等關鍵工藝技術，其中 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(xù)推進之時才誕 生的一項新技術。CMP 設備主要用于單晶硅片制造和芯片制造前道工藝，依托 CMP 技 術的化學-機械動態(tài)耦合作用原理，通過化學腐蝕與機械研磨的協(xié)同配合作用，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全局平整落差 5nm 以內(nèi)的超高平 整度，CMP 設備集摩擦學、表/界面力學、分子動力

2、學、精密制造、化學/化工、智能控 制等多領城最先進技術于一體，工藝復雜。CMP 設備結(jié)合機械拋光和化學拋光長處，在超大規(guī)模集成電路中有廣泛應用。CMP 的 主要檢測參數(shù)包括研磨速率、研磨均勻性和缺陷量。研磨均勻性又分為圓片內(nèi)研磨均勻 性和圓片間研磨均勻性。對于 CMP 而言，主要的缺陷包括直接影響產(chǎn)品的成品率的表 面顆粒、表面刮傷、研磨劑殘留等。傳統(tǒng)的機械拋光和化學拋光去除速率均低至無法滿 足先進芯片量產(chǎn)需求， CMP 技術利用了磨損中的“軟磨硬”原理，綜合兩者優(yōu)勢，避 免了由單純機械拋光造成的表面損傷，即用較軟的材料來進行拋光以實現(xiàn)高質(zhì)量的表面 拋光，將化學腐蝕和機械研磨作用達到一種平衡，最

3、終實現(xiàn)晶圓表面的超高平整度。未 經(jīng)加工的原料晶圓裸片的表面凹凸不平，無法直接在上面印制電路圖形。因此，需要先 通過研磨和化學刻蝕工藝去除表面瑕疵，然后通過拋光形成光潔的表面，再通過清洗去 除殘留污染物，即可獲得表面整潔的成品晶圓。因而，CMP技術為后續(xù)重復進行光刻、 刻蝕、薄膜和摻雜等關鍵工藝提供了重要的基礎。CMP 設備功能的實現(xiàn)需要拋光、清洗、傳送三大模塊組合作業(yè)。10nm 的全局平整度 要求，相當于 44 萬平方米面積中任意兩點的高低差不超過 0.03 毫米、表面粗糙度小于 0.5nm，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)

4、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。 拋光頭用于全局分區(qū)施壓，其在限定的空間內(nèi)對晶圓全局的多個環(huán)狀區(qū)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的控制。制程線寬不斷縮減、拋光液配方愈加復雜均加大了 清洗的難度，對清洗后的顆粒物數(shù)量要求也指數(shù)級降低，需要 CMP 設備中清洗單元在 滿足清潔效果的同時保證晶圓表面極限化微縮的特征結(jié)構不被破壞。研磨材料更加豐富，CMP 設備升級需求增加。9065nm 節(jié)點，隨著銅互連技術和絕 緣材料低

5、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。 28nm 后，邏輯器件的晶體管中引入高 k 金屬柵結(jié)構（HKMG），從而推動了虛擬柵開口 CMP 工藝和替代金屬柵 CMP 工藝兩種關鍵平坦化工藝的發(fā)展。在 22nm 開始出現(xiàn)的 FinFET 晶體管增加了虛擬柵平坦化工藝，也是實現(xiàn)后續(xù) 3D 結(jié)構刻蝕的關鍵技術。先進 的制程節(jié)點發(fā)展至 7nm 以下時，芯片制造過程中 CMP 的應用在最初的氧化硅 CMP 和 鎢 CMP 基礎上新增了包含氮化硅 CMP、鰭式多晶硅 CMP、鎢金屬柵極 CMP 等先進 CMP 技術，所需的拋光步驟也增加至 30 余步，大幅增加了集成電路制

6、造過程中對 CMP 設備的采購和升級需求。拋光、清洗模塊有定期維護更換需求，帶動 CMP 設備廠商技術服務收入不斷提升。 CMP設備屬于集成電路設備中使用耗材較多、核心部件有定期維保更新需求的制造設備 之一。CMP利用機械力作用于圓片表面，由研磨液中的化學物質(zhì)與圓片表面材料發(fā)生化 學反應來增加其研磨速率，首先讓研磨液填充在研磨墊的空隙中，圓片在研磨頭帶動下 高速旋轉(zhuǎn)，與研磨墊和研磨液中的研磨顆粒發(fā)生作用，此時需要控制研磨頭下壓力等其 他參數(shù)。CMP工藝中最重要的兩大組成部分是研磨液和研磨墊。晶圓廠需要更換設備外 部的拋光液、拋光墊等，同時需要對設備內(nèi)部長時間運行磨損的拋光頭、清洗等單元進 行定

7、期維保更新，且設備配套服務需求會隨著廠商銷售設備數(shù)量的增加而快速增長。因 此 CMP 設備廠商在設備出貨后，將向客戶提供專用耗材銷售和關鍵耗材維保等技術服 務，隨之實現(xiàn)有長期穩(wěn)定和高盈利能力的服務收入。2.CMP設備市場份額分析中國大陸 CMP 設備市場規(guī)模第一，海外龍頭仍占據(jù)大份額。2018 年全球 CMP 設備市 場規(guī)模約 18.4 億美元 2013-2018 年 CAGR 20.1%。 2019 年受全球半導體景氣度下滑 影響，全球 CMP 設備市場規(guī)模略有下滑，2020 年市場規(guī)模迅速回升至 15.8 億美元， 同比增長 5.8% 。其中中國大陸市場規(guī)模已躍升至全球第一 ，達到 4.3

8、 億美元，市場份 額 27%。從市場格局來看，應材、日本荏原在全球占主導地位，2020 年兩家合計市占 率超過 93%。華海清科 CMP 設備填補國內(nèi)空白，產(chǎn)品廣泛應用于國內(nèi)外大生產(chǎn)線。公司于 2013 年 4 月成立，主要產(chǎn)品為先進集成電路制造前道工序、先進封裝等環(huán)節(jié)必需的化學機械拋光 （CMP）設備，是目前國內(nèi)唯一一家為集成電路制造商提供 12 英寸 CMP 商業(yè)機型的高 端半導體設備制造商。公司的 CMP 設備總體技術性能已達到國內(nèi)領先水平，已實現(xiàn)在 國內(nèi)外知名客戶先進大生產(chǎn)線的產(chǎn)業(yè)化應用，在邏輯芯片、3D NAND、DRAM 制造等領 域的工藝技術水平已分別突破至 14nm、128 層

9、、1X/1Ynm，均為當前國內(nèi)大生產(chǎn)線的 最高水平。公司研制的 CMP 設備集先進拋光系統(tǒng)、終點檢測系統(tǒng)、超潔凈清洗系統(tǒng)、 精確傳送系統(tǒng)等關鍵功能模塊于一體，其內(nèi)部高度集成的關鍵核心技術數(shù)十項，所產(chǎn)主 流機型已成功填補國內(nèi)空白，打破了國際巨頭在此領域數(shù)十年的壟斷。8 英寸、12 英寸系列 CMP 設備均已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用。公司 12 英寸系列 CMP 設備 （Universal 300 型、Universal 300 Plus 型、Universal300 Dual 型、Universal-300X 型） 在國內(nèi)已投產(chǎn)的 12 英寸大生產(chǎn)線上實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應用，截至 2021 年底累計已量產(chǎn)晶圓 超 1,300 萬片；8 英寸系列 CMP 設備（Universal-200 型、Universal-200 Plus 型）已在 國內(nèi)集成電路制造商中實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應用，主要用于晶圓制造、MEMS 制造及科研攻關 等領域。截至 2021 年末，公司已發(fā)出未驗收結(jié)算的 CMP 設備 69 臺，未發(fā)出產(chǎn)品的在 手訂單超過 70 臺。長江存儲 20192020 年共招標化學機械拋光設備 62 臺，其中華海清科中標 22 臺，應 用材料中標 40 臺。分具體產(chǎn)品來看，華海清科中標的 22 臺設備中，氧化硅化學