2019年中國CMP拋光行業(yè)市場規(guī)模及CMP行業(yè)壁壘：行業(yè)集中度極高，前5大公司壟斷約90%市場份額[圖]

    CMP全稱為Chemical Mechanical Polishing，即化學機械拋光，是普通拋光技術的高端升級版本。CMP是通過納米級粒子的物理研磨作用與拋光液的化學腐蝕作用的有機結合，對集成電路器件表面進行平滑處理，并使之高度平整的工藝技術。當前集成電路中主要是通過CMP工藝，對晶圓表面進行精度打磨，并可到達全局平整落差100A.~1000A.（相當于原子級10~100nm）超高平整度。而未經(jīng)平坦化處理，晶片起伏隨著層數(shù)增多變得更為明顯，同層金屬薄膜由于厚度不均導致電阻值不同，引起電致遷移造成電路短路。起伏不平的晶片表面還會使得光刻時無法準確對焦，導致線寬控制失效，嚴重限制了布線層數(shù)，降低集成電路的使用性能。

CMP工藝原理圖

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    一、CMP行業(yè)市場格局

    摩爾定律下，代工制程節(jié)點不斷縮小，布線層數(shù)持續(xù)增加，CMP成為關鍵制程。1991年IBM公司首次成功地將CMP技術應用到動態(tài)隨機存儲器的生產以來，隨著半導體工業(yè)踏著摩爾定律的節(jié)奏快速發(fā)展，芯片的特征尺寸持續(xù)縮小，已發(fā)展至5~7nm。CMP已成功用于集成電路中的半導體晶圓表面的平面化。根據(jù)不同工藝制程和技術節(jié)點的要求，每一片晶圓在生產過程中都會經(jīng)歷幾道甚至幾十道的CMP拋光工藝步驟。

    隨著特征尺寸的縮小，以及布線層數(shù)增長，對晶圓平坦化精度要求不斷增高，普通的化學拋光和機械拋光難以滿足在當前集成電路nm級的精度要求，特別是目前對于0.35um制程及以下的器件必須進行全局平坦化，CMP技術能夠全局平坦化、去除表面缺陷、改善金屬臺階覆蓋及其相關可靠性，從而成為目前最有效的拋光工藝。

拋光工藝對比

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制程提升提高CMP拋光需求（單數(shù)：次）

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    CMP主要由拋光墊、拋光液、調節(jié)器等部分組成?；瘜W機械拋光技術是化學作用和機械作用相結合的組合技術，旋轉的晶圓以一定的壓力壓在旋轉的拋光墊上，拋光液在晶圓與拋光墊之間流動，并產生化學反應。晶圓表面形成的化學反應物由漂浮在拋光液中的磨粒通過機械作用將這層氧化薄膜去除，在化學成膜和機械去膜的交替過程中實現(xiàn)超精密表面加工。

    從價值量占比可以看到，CMP材料是芯片制造的核心耗材，占芯片制造成本約7%，其中拋光墊價值量占CMP耗材的33%左右。拆解晶圓制造成本進行，CMP材料占比較大，約為6.7%。價值量與光刻膠相近。其中拋光液和拋光墊是最核心的材料，占比分別為49%和33%。

晶圓制造材料細分占比

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CMP材料細分占比

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    拋光墊決定了CMP工藝的基礎拋光效果，并結合設備操作過程、硅片、拋光液等因素，共同影響CMP拋光結果和效率。一般從平均磨除率、平整度和均勻性、選擇比和表面缺陷四個維度來評判拋光效果。其中，拋光墊的物理化學等性能在CMP工藝中發(fā)揮了重要的作用。

CMP拋光效果評判標準顯現(xiàn)拋光墊決定基礎拋光性能

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    未來3-5國內晶圓制造產能將翻番，國內半導體產業(yè)鏈上下游迎來重要契機。大陸區(qū)域晶圓制造目前大概有54個運營主體，共計94個晶圓廠或產線項目，目前產能平穩(wěn)運行的有17個晶圓廠及產線項目，正在產能爬坡的有37個，未來3-6個試生產的11個，正在項目基礎建設的9個，另外正在規(guī)劃的約11個。

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國CMP拋光材料行業(yè)市場競爭狀況及投資機會分析報告》數(shù)據(jù)顯示：截止2019年底，我國12英寸晶圓制造廠裝機產能約90萬片/月，較2018年增長50%；8英寸晶圓制造廠裝機產能約100萬片/月，較2018年增長10%；6英寸晶圓制造廠裝機產能約230萬片/月，較2018年增長15%。

    預計至2024年，大陸區(qū)域12英寸目標產能達273.0萬片/月，相比2019年增長超過2倍，8英寸目標產能達187萬片/月，相比2019年增長90%。若這些晶圓廠如期達到產能目標，將大幅拉動對國產半導體設備和材料的需求。

大陸區(qū)域晶圓廠運營主體的目標產能(萬片/月)

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大陸區(qū)域晶圓廠項目建設梳理一覽

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    隨著晶圓廠產能增長，預計至2023年CMP拋光墊全球市場規(guī)模約9.9億美金，其中中國市場有望達到4.40億美金，具有較大的發(fā)展前景。預計未來全球CMP市場復制增長率約6%。隨著未來國內晶圓廠大幅投產，測算預計未來5年中國CMP拋光墊市場規(guī)模增速可超10%，至2023年可達約4.40億美金。

全球及國內CMP市場規(guī)模

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    CMP拋光墊行業(yè)集中度極高。目前全球CMP拋光墊市場格局主要被Dow、Cabot、ThomasWest等外資廠商壟斷，前5大公司壟斷約90%市場份額。國內廠商在CMP拋光墊領域具有較為廣闊的替代空間。

CMP競爭格局

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    二、行業(yè)壁壘

    CMP拋光墊具有較高技術要求、持續(xù)較大資金投入、核心客戶認證體系是主要進入壁壘。對于行業(yè)現(xiàn)有龍頭企業(yè)而言，為了打擊后發(fā)企業(yè)的競爭優(yōu)勢，往往會發(fā)揮市場壟斷支配地位，通過采取差異性定價策略鎖定下游晶圓廠的長期合同，從而建立自身的行業(yè)護城河。

    1.專利技術積累較淺。

    拋光墊是CMP工藝中重要耗材。聚胺脂有像海綿一樣的機械特性和多孔吸水特性，具有良好的耐磨性、較高的拋光效率,在集成電路晶圓的CMP中應用非常廣泛。主要型號有IC1000、IC1400、IC2000、SUBAIV等，其中IC1000和SUBAIV是用得最廣的。拋光墊表面包括一定密度的微凸峰，也有許多微孔，不僅可以去除硅片表面材料，而且還起到存儲和運輸拋光液、排除拋光過程產物的作用。墊上有時開有可視窗，便于線上檢測。拋光墊是CMP工藝中重要的耗材，同時需要定時整修。2018年國際拋光墊專利申請量為76個，中國拋光墊專利申請量為48個，2019年相較于2018年專利申請量有所下降，數(shù)量為21個。

中國及國際近年來拋光墊專利申請量對比

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    2.從技術壁壘上看，拋光墊技術難點在需要持續(xù)試錯，找到合適材料配方、穩(wěn)定制作工藝及設計圖案，從而獲得較好的、穩(wěn)定的拋光速率和拋光效果。

    企業(yè)研究CMP耗材時間成本較高，可能需要較長時間來試錯摸索工藝指標、產品配方等對物理參數(shù)及性能的影響結果，形成較深的Knowhow壁壘。以拋光墊為例，由于拋光墊通常物理指標包含硬度、剛性、韌性、彈性模量、剪切模量、密度、可壓縮性等各項機械指標，綜合影響拋光效果，而如果結合考慮材料選擇、溫度選擇、固化時長、攪拌時長等工藝步驟控制，按照三元變量簡單推算其理論方案可能性至少在數(shù)萬次至數(shù)百萬次試驗級別，因此對于企業(yè)而言需要較長時間來試錯摸索工藝指標、產品配方等對物理參數(shù)及性能的影響結果。

    3.核心客戶認證體系壁壘較高

    核心客戶認證體系壁壘較高，主要由于拋光墊對芯片良率影響較大，但成本占比較相對較低，在穩(wěn)定而成熟的FAB廠中，為確保芯片良率，一般很少替換原有穩(wěn)定的供應商。半導體Fab廠具有資本密集和技術密集的屬性，對于上游半導體原材料的穩(wěn)定性和良品率有極高的要求，因此對于原材料供應商認證門檻極高、認證周期較長。目前在半導體產業(yè)鏈安全可控的大環(huán)境下，國內廠商速度加快，驗證周期縮短到半年左右。