我国化学机械抛光（CMP）设备行业市场规模高速增长国产化率逐步提升

2023-08-10 09:19

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一、概述

根据观研报告网发布的《中国化学机械抛光（CMP）设备行业发展趋势分析与投资前景研究报告（2023-2030年）》显示，化学机械抛光（CMP）是半导体制造过程中实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺。现代集成电路呈多层膜结构，每层膜结构表面需保持高度平整，否则后续的刻蚀或沉积等工艺的将面临严重的形貌不良、空穴断连等缺陷。CMP设备由抛光、清洗、传送三大模块构成。在设备工作过程中，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、抛光垫摩擦等实现全局平坦化，并通过先进的终点检测系统实现3-10nm分辨率的实时厚度测量，防止过抛。

二、CMP设备市场发展状况

1、全球CMP设备市场增速稳定，中国大陆市场呈现高占比态势

近年来，全球CMP设备行业市场规模总体呈增长趋势。2017-2018年，全球CMP设备行业市场规模呈现快速增长趋势，2019-2020年受全球半导体景气度下滑影响市场规模有所下降，2021-2022年随着半导体行业景气度回暖，全球CMP设备市场规模迅速回升，2022年达到27.78亿美元，市场规模保持稳定。

数据来源：观研天下整理

中国大陆CMP设备在全球占比从2020年开始突破20%、在中国大陆半导体设备中占比保持2%-4%。根据数据，2022年，中国大陆CMP设备市场份额占全球比为23.97%，市场规模连续3年保持全球第一。

数据来源：观研天下整理

2、我国CMP设备市场高速增长，进口依赖较严重

而中国市场，我国CMP设备市场高速增长，但进口依赖较严重。根据数据显示，2022年我国CMP设备行业市场规模达到6.7亿美元，占中国大陆半导体设备的2.5%、占全球CMP设备的24.5%。根据中国海关数据，2017-2021年中国大陆CMP设备进口占比高达65%-98%，国产化率仍然较低。

数据来源：观研天下整理

三、CMP设备市场竞争格局分析

1、全球CMP设备市场处于高度垄断状态，美国应用材料和日本荏原两家独大

在市场竞争方面，全球CMP设备行业处于高度垄断状态，美国应用材料和日本荏原两家独大。具体从市场份额方面，应用材料、日本荏原两家制造商占据全球CMP设备90%以上的市场份额，尤其在14nm以下最先进制程工艺的大生产线上所应用的CMP设备仅由两家国际巨头提供。

数据来源：观研天下整理

2、我国CMP设备行业处于国外垄断状态，国产化率逐步提升

目前，我国CMP设备行业国产化逐渐加速，绝大部分高端CMP设备仍依赖于进口，主要由美国应用材料和日本荏原两家提供，而国内CMP设备的主要研发生产单位有华海清科和北京烁科精微电子装备有限公司。根据相关数据，2018-2020年华海清科在中国大陆的CMP设备市场占有率约为1.05%、6.12%和12.64%，而华海清科与竞争对手的CMP产品核心机理相同，主要是抛光盘驱动方式、终点检测手段、后清洗干燥技术等方面有差异。

CMP设备各供应商对比

类别		华海清科	北京烁科精微	应用材料	日本荏原
主要产品或服务		CMP设备及相关耗材销售、维保、晶圆再生服务	聚焦CMP设备，不断推进CMP设备研发与产业化	泛半导体设备及解决方案，包括半导体系统、半导体厂商全球服务、显示及相关业务	各类流体机械及系统，环境工程和精密机械，其中CMP设备业务属于精密机械业务板块
经营规模		经营规模较小，但处于快速成长阶段，22年营收16.49亿元	是中国电子科技集团有限公司所属中电科电子装备集团有限公司为实现科技成果转化设立的混合所有制公司，于2019年9月23日在北京经济技术开发区注册成立	全球最大半导体设备供应商之一，2022财年实现营收257.85亿美元，净利润65.25亿美元	超百年历史的机械制造商，2022年营收48.63亿美元，净利润3.61亿美元
市场地位		国内唯一一家12英寸CMP商业机型制造商，快速成长，主要在中国大陆销售产品，目前国际市场占有率较小	8英寸CMP设备已通过中芯国际和华虹集团验证并实现商业销售，首台12英寸CMP设备于2021年2月发往客户进行验证	全球半导体设备行业龙头，提供半导体芯片制造所需的各种主要设备、软件和解决方案，在离子注入、CMP、沉积、刻蚀等领域均处于业内领先地位	除应用材料以外的全球CMP设备主要提供商，主要在亚洲地区销售
技术实力	应用制程	水平已实现28nm制程的成熟产业化应用，14nm制程工艺技术正处于验证中	SkylensCMP设备适用于主流的14nm/28nm逻辑制程	应用于最先进的5nm制程工艺	应用于部分材质的5nm制程工艺
	最大晶圆尺寸	12英寸	12英寸	12英寸	12英寸
	抛光头技术	7分区抛光头	-	7分区抛光头	7分区抛光头
	产品技术特点	直驱式抛光驱动技术；归一化抛光终点识别技术；VRM竖直干燥技术	-	皮带传动或直驱驱动技术；电机电流终点检测技术；提拉干燥技术	皮带传动或直驱驱动技术；电机电流终点检测技术；水平刷洗技术

数据来源：观研天下整理

华海清科CMP产品及分类

产品型号	晶圆尺寸	工艺制程	应用领域
Universal-300	12英寸	65-130nm	国产首台12英寸CMP设备，满足Oxide/STI/Poly/Gu/W等工艺需求
Universal-300Plus	12英寸	45-135nm	在Universal-300基础上进行优化设计，添加四个抛光单元和单套清洗设备，满足Oxide/STI/Poly/Gu/W等工艺需求
Universal-300Dual	12英寸	28-65nm逻辑工艺2xnm存储芯片	中高端CMP设备，配置四个抛光单元和双清洗设备，满足Oxide/SiN/STI/Poly/Gu/W等工艺需求
Universal-300X	12英寸	14-45nm逻辑工艺1Xnm存储产线	高端CMP设备，抛光头拥有8个独立气压分区，能实现晶圆更优异的全局平坦化，配合先进的多种终点检测技术，可满足Oxide/SiN/STI/Poly/Gu/W等工艺需求
Universal-300T	12英寸	28nm以下逻辑1Xnm存储产线	在300X基础上进一步优化，加载更先进的组合清洗技术，可满足Oxide/SiN/STI/Poly/Gu/W等工艺需求
Universal-200	兼容4-8英寸，8英寸为主	90nm以上	拥有一套独立控制的8英寸抛光单元系统，进行4-8英寸多种材料化学机械抛光，使用于MEMS、三代半导体、科研院所以及实验室研发机构
Universal-200Plus	8英寸	90nm及以上	沿用300Plus技术设计，集成多种终点检测技术，4个抛光单元和单套清洗单元，满足Oxide/STI/Poly/Gu/W等工艺需求。技术水平高、产能高、性能稳定、多工艺灵活组合等优势
Universal-150W	4-8英寸	-	应用于4-8英寸各种半导体材料抛光，干进湿出，占地面积小，两套独立系统抛光单元、工艺搭配灵活、产出效率高；适合规模化量产需求
Universal-300B	12英寸	-	独立12寸CMP系统兼容4-12寸材料抛光
Versatile-GP300	12英寸	3DIC领域	应用于12英寸3DIC领域的晶圆减薄抛光一体机。整机布局集成超精密磨削、CMP及后清洗工艺，配置先进厚度偏差与表面缺陷控制技术，提供多种系统功能扩展选项，高精度、高刚性

数据来源：观研天下整理（WYD）

四、CMP设备行业未来趋势

1、向高精密化与高集成化方向发展

随着半导体技术的进步，芯片集成度不断提高。一方面，芯片制程不断缩小，由12μm-0.35μm（1965年-1995年）到65nm-28nm（2005年-2015年），目前已实现3nm，且仍在向更先进的制程发展；另一方面，晶圆的尺寸在不断扩大，主流晶圆尺寸已经从4英寸、6英寸发展至现阶段的8英寸、12英寸。随着芯片制程的缩减、晶圆尺寸的增长以及芯片内部结构的日趋复杂，半导体制造环节对于CMP设备的平坦化效果、控制精度、系统集成度要求越来越高，CMP设备将向高精密化与高集成化方向发展。

2、随着第三代半导体的发展，CMP设备应用将更为广泛

根据数据，2021-2022年，我国第三代半导体产业中电力电子和射频电子两个领域分别实现总产值127亿元和142亿元，分别同比增长20.4%和11.7%，产业发展迅速。技术层面，第三代半导体材料硬度相对较大，抛光时需要提供更大的抛光压力，需要配备更大压力的抛光头及更精准的压力控制系统以满足第三代半导体的抛光需求。综上，随着第三代半导体产业的快速发展，CMP设备应用将更为广泛。（WYD）

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