2022年CMP設(shè)備行業(yè)簡要概況及市場份額分析

1、2022年CMP設(shè)備行業(yè)簡要概況及市場份額分析1.CMP設(shè)備簡要概況CMP 設(shè)備工藝復(fù)雜、研制難度大，為集成電路工藝流程中使用的主要設(shè)備之一。芯片 制造主要包括光刻、CMP、刻蝕、薄膜和摻雜等關(guān)鍵工藝技術(shù)，其中 CMP 是在芯片制 造制程和工藝演進(jìn)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(jìn)之時(shí)才誕 生的一項(xiàng)新技術(shù)。CMP 設(shè)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(shù)的化學(xué)-機(jī)械動(dòng)態(tài)耦合作用原理，通過化學(xué)腐蝕與機(jī)械研磨的協(xié)同配合作用，實(shí)現(xiàn)晶圓表面多余材料的高效去除與全局納米級(jí)平坦化全局平整落差 5nm 以內(nèi)的超高平 整度，CMP 設(shè)備集摩擦學(xué)、表/界面力學(xué)、分子動(dòng)力

2、學(xué)、精密制造、化學(xué)/化工、智能控 制等多領(lǐng)城最先進(jìn)技術(shù)于一體，工藝復(fù)雜。CMP 設(shè)備結(jié)合機(jī)械拋光和化學(xué)拋光長處，在超大規(guī)模集成電路中有廣泛應(yīng)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(duì)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(jī)械拋光和化學(xué)拋光去除速率均低至無法滿 足先進(jìn)芯片量產(chǎn)需求， CMP 技術(shù)利用了磨損中的“軟磨硬”原理，綜合兩者優(yōu)勢(shì)，避 免了由單純機(jī)械拋光造成的表面損傷，即用較軟的材料來進(jìn)行拋光以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的表面 拋光，將化學(xué)腐蝕和機(jī)械研磨作用達(dá)到一種平衡，最

3、終實(shí)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(xué)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(shù)為后續(xù)重復(fù)進(jìn)行光刻、 刻蝕、薄膜和摻雜等關(guān)鍵工藝提供了重要的基礎(chǔ)。CMP 設(shè)備功能的實(shí)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(dāng)于 44 萬平方米面積中任意兩點(diǎn)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(shí)現(xiàn)

4、全局平坦化。拋光盤帶動(dòng)拋光墊旋轉(zhuǎn)，通過先進(jìn)的終 點(diǎn)檢測系統(tǒng)對(duì)不同材質(zhì)和厚度的膜層實(shí)現(xiàn) 310nm 分辨率的實(shí)時(shí)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(duì)晶圓全局的多個(gè)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(yīng)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(dá)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(fù)雜均加大了 清洗的難度，對(duì)清洗后的顆粒物數(shù)量要求也指數(shù)級(jí)降低，需要 CMP 設(shè)備中清洗單元在 滿足清潔效果的同時(shí)保證晶圓表面極限化微縮的特征結(jié)構(gòu)不被破壞。研磨材料更加豐富，CMP 設(shè)備升級(jí)需求增加。9065nm 節(jié)點(diǎn)，隨著銅互連技術(shù)和絕 緣材料低

5、k 介質(zhì)的廣泛采用，CMP 的研磨對(duì)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(gòu)（HKMG），從而推動(dòng)了虛擬柵開口 CMP 工藝和替代金屬柵 CMP 工藝兩種關(guān)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(shí)現(xiàn)后續(xù) 3D 結(jié)構(gòu)刻蝕的關(guān)鍵技術(shù)。先進(jìn) 的制程節(jié)點(diǎn)發(fā)展至 7nm 以下時(shí)，芯片制造過程中 CMP 的應(yīng)用在最初的氧化硅 CMP 和 鎢 CMP 基礎(chǔ)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(jìn) CMP 技術(shù)，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(duì) CMP 設(shè)備的采購和升級(jí)需求。拋光、清洗模塊有定期維護(hù)更換需求，帶動(dòng) CMP 設(shè)備廠商技術(shù)服務(wù)收入不斷提升。 CMP設(shè)備屬于集成電路設(shè)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(shè)備 之一。CMP利用機(jī)械力作用于圓片表面，由研磨液中的化學(xué)物質(zhì)與圓片表面材料發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)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(dòng)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(shí)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(shè)備外 部的拋光液、拋光墊等，同時(shí)需要對(duì)設(shè)備內(nèi)部長時(shí)間運(yùn)行磨損的拋光頭、清洗等單元進(jìn) 行定

7、期維保更新，且設(shè)備配套服務(wù)需求會(huì)隨著廠商銷售設(shè)備數(shù)量的增加而快速增長。因 此 CMP 設(shè)備廠商在設(shè)備出貨后，將向客戶提供專用耗材銷售和關(guān)鍵耗材維保等技術(shù)服 務(wù)，隨之實(shí)現(xiàn)有長期穩(wěn)定和高盈利能力的服務(wù)收入。2.CMP設(shè)備市場份額分析中國大陸 CMP 設(shè)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(shè)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(dǎo)體景氣度下滑 影響，全球 CMP 設(shè)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(dá)到 4.3

8、 億美元，市場份 額 27%。從市場格局來看，應(yīng)材、日本荏原在全球占主導(dǎo)地位，2020 年兩家合計(jì)市占 率超過 93%。華海清科 CMP 設(shè)備填補(bǔ)國內(nèi)空白，產(chǎn)品廣泛應(yīng)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(jìn)集成電路制造前道工序、先進(jìn)封裝等環(huán)節(jié)必需的化學(xué)機(jī)械拋光 （CMP）設(shè)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(jī)型的高 端半導(dǎo)體設(shè)備制造商。公司的 CMP 設(shè)備總體技術(shù)性能已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，已實(shí)現(xiàn)在 國內(nèi)外知名客戶先進(jìn)大生產(chǎn)線的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，在邏輯芯片、3D NAND、DRAM 制造等領(lǐng) 域的工藝技術(shù)水平已分別突破至 14nm、128 層

9、、1X/1Ynm，均為當(dāng)前國內(nèi)大生產(chǎn)線的 最高水平。公司研制的 CMP 設(shè)備集先進(jìn)拋光系統(tǒng)、終點(diǎn)檢測系統(tǒng)、超潔凈清洗系統(tǒng)、 精確傳送系統(tǒng)等關(guān)鍵功能模塊于一體，其內(nèi)部高度集成的關(guān)鍵核心技術(shù)數(shù)十項(xiàng)，所產(chǎn)主 流機(jī)型已成功填補(bǔ)國內(nèi)空白，打破了國際巨頭在此領(lǐng)域數(shù)十年的壟斷。8 英寸、12 英寸系列 CMP 設(shè)備均已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。公司 12 英寸系列 CMP 設(shè)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(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，截至 2021 年底累計(jì)已量產(chǎn)晶圓 超 1,300 萬片；8 英寸系列 CMP 設(shè)備（Universal-200 型、Universal-200 Plus 型）已在 國內(nèi)集成電路制造商中實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，主要用于晶圓制造、MEMS 制造及科研攻關(guān) 等領(lǐng)域。截至 2021 年末，公司已發(fā)出未驗(yàn)收結(jié)算的 CMP 設(shè)備 69 臺(tái)，未發(fā)出產(chǎn)品的在 手訂單超過 70 臺(tái)。長江存儲(chǔ) 20192020 年共招標(biāo)化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備 62 臺(tái)，其中華海清科中標(biāo) 22 臺(tái)，應(yīng) 用材料中標(biāo) 40 臺(tái)。分具體產(chǎn)品來看，華海清科中標(biāo)的 22 臺(tái)設(shè)備中，氧化硅化學(xué)