中国CMP化学机械抛光设备行业研究报告

CMP设备通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化，主要包括抛光、清洗、传送三大模块。随着线宽越来越小、层数越来越多，对CMP的技术要求越来越高，CMP设备的使用频率也越来越高，在先进制程集成电路的生产过程中每一片晶圆都会经历几十道的CMP工艺步骤。在此过程中，CMP技术是集成电路制造过程中实现晶圆表面平坦化的关键工艺，是集成电路制造中推进制程技术节点升级的重要环节。

集微咨询（JW Insights）发布《中国CMP化学机械抛光设备行业研究报告》（以下简称：《报告》）从CMP设备应用分类、中国CMP设备市场、CMP市场竞争格局、CMP市场发展趋势等维度全面展开，展现了中国CMP设备行业全景图。

CMP化学机械抛光设备应用分类

类型方面，CMP化学机械抛光设备主要用于半导体制造领域，根据应用端需求，可分为8英寸CMP化学机械抛光设备、12英寸CMP化学机械抛光设备和6/8英寸兼容CMP化学机械抛光设备。

应用领域方面，在集成电路制造产业链中，CMP化学机械抛光设备在硅片制造、集成电路制造、封装测试三大环节均有应用，其中集成电路制造是CMP化学机械抛光设备应用最主要的场景。

随着芯片制程的不断缩小，CMP工艺需求逐步增加，主要的推动力来自于器件向高精密化与高集成化方向发展、芯片制程中CMP工艺应用次数逐步增加和第三代半导体的带动。以逻辑芯片为例，14纳米技术节点的逻辑芯片制造工艺所要求的CMP工艺步骤数将由180纳米技术节点的10次增加到20次以上，而7纳米及以下技术节点的逻辑芯片制造工艺所要求的CMP工艺步骤数甚至超过30次。

中国CMP化学机械抛光设备市场

集成电路制造是CMP设备应用的最主要的场景，重复使用在薄膜沉积后、光刻环节之前，同时除了集成电路制造，CMP设备还可以用于硅片制造环节、化合物半导体硅片制造与晶圆制造环节。本文报告主要统计的市场主要包括前道晶圆制造、硅片制造、化合物硅片制造和晶圆制造等四个方向。

根据SEMI数据，近年来全球CMP市场规模总体呈增长趋势。2020年至2022年，全球CMP设备市场中，中国大陆市场规模连续3年保持全球第一。

硅片制造用CMP设备市场情况

从市场结构和应用方向上看，8英寸和12英寸硅片已成为半导体硅片的主流产品，自2014年起占据半导体硅片90%以上的市场份额，目前国内企业在8英寸和12英寸硅片供给率较低，12英寸产品几乎完全依赖进口。从制程范围划分，12英寸的硅片主要用于90nm以下制程的集成电路芯片，常用在逻辑芯片、存储芯片等高端领域，受云计算、5G、大数据等技术推动影响，未来需求有望快速增长。8英寸硅片通常用于90nm以上的半导体制程，使用在包括功率器件、MEMS、指纹识别等应用领域，主要驱动力在下游汽车电子、工业电子等应用上。

集微咨询（JW Insights）统计测算，2023年中国大陆12英寸大硅片产能约为305万片/月，到2025年产能将达到500万片/月。2023年中国8英寸硅片产能约为308万片/月，预计2025年产能将达到419万片/月。

根据2024-2025年全国新增硅片产能，集微咨询（JW Insights）测算2024-2025年，中国大陆硅片制造用CMP设备市场规模约为12英寸19.6-24.5亿元，8英寸约为1.7-3.3亿元。

晶圆代工用CMP设备市场情况

集微咨询（JW Insights）数据显示，国内晶圆厂产能持续提升，在2023年底8寸晶圆年产能将达到145万片，12寸晶圆年产能将达到160万片，预计2025年8寸晶圆年产能将达到160万片，12寸晶圆年产能将达到190万片。

根据2024-2025年全国新增晶圆制造产能，集微咨询（JW Insights）测算得到，2024-2025年，中国大陆晶圆制造用CMP设备市场规模约为12英寸84-105亿元，8英寸约为12-14.4亿元。

碳化硅衬底制造用CMP设备市场情况

目前，国外主流厂商已实现8英寸衬底的规模化量产，国内厂商以6英寸衬底量产为主。随着生产工艺的不断改善，国内主流厂商加快8英寸的产品研发，逐步成功研制和量产了8英寸碳化硅衬底，推动我国衬底材料行业进一步发展。

集微咨询（JW Insights）数据显示，国产碳化硅衬底厂商2023年产能约为5万片/月，预计至2025年总产能有望达到30万片/月。2024年和2025年中国大陆碳化硅衬底制造产能增量为25万片/月。根据调研情况，目前碳化硅衬底制造厂主流CMP设备的产能与设备增量关系为：每万片月产能对应4台设备。因此，集微咨询（JW Insights）预测，2024和2025年中国大陆碳化硅衬底制造用CMP设备增量约为100台。

根据目前主流CMP设备厂商的大概报价，6英寸设备单价约为500万元/台。综上可测算，2024-2025年，中国大陆碳化硅衬底制造用CMP设备市场规模约为5亿元。

碳化硅制造用CMP市场情况

截至目前，中国已有超20家厂商涉足SiC晶圆制造。

集微咨询（JW Insights）统计显示，2023年中国大陆碳化硅晶圆制造产能将达到3.5万片/月，预计2025年将达到17万片/月。2024年和2025年中国大陆碳化硅晶圆制造产能增量为13.5万片/月。根据调研情况，目前碳化硅晶圆制造厂主流CMP设备的产能与设备增量关系为：每万片月产能对应6台设备。因此，集微咨询（JW Insights）预测，2024和2025年中国大陆碳化硅衬底制造用CMP设备增量约为80台。

根据目前主流CMP设备厂商的大概报价，6英寸设备单价约为500万元/台。综上可测算，2024-2025年，中国大陆碳化硅衬底制造用CMP设备市场规模约为4亿元。

综上所述，集微咨询（JW Insights）预测，2024-2025年中国大陆CMP设备市场增量约为141.2亿元。

CMP市场竞争格局

全球CMP设备市场处于高度垄断状态， 主要由美国应用材料和日本荏原两家设备制造商占据，两家制造商合计拥有全球CMP设备超过90%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。

国内生产CMP设备的团队主要是华海清科、烁科精微和杭州众硅。

华海清科成立于2013年，主要产品为12英寸CMP设备、减薄设备、供液系统、晶圆再生、关键耗材与维保服务。其中，CMP设备已实现28nm制程所有工艺全覆盖，目前已批量供货；14nm制程的几个关键工艺CMP设备已经在客户端同步开展验证工作。

晶亦精微成立于2019年9月23日，该公司是8英寸化学机械抛光（CMP）设备境外批量销售的设备供应商，推出了国内首台拥有自主知识产权的8英寸CMP产线量产设备，12英寸CMP设备已在28nm制程国际主流集成电路产线完成工艺验证。同时，晶亦精微把握第三代半导体发展机遇，推出了国产6/8英寸兼容CMP设备，可用于包含碳化硅、氮化镓等第三代半导体材料在内的特殊需求表面抛光处理工艺。

杭州众硅成立于2018年5月，已成功开发6英寸、8英寸和12英寸CMP设备。其产品在知名的集成电路、大硅片和第三代半导体客户大产线应用。

CMP市场发展趋势

随着摩尔定律的延续，当制造工艺不断向先进制程节点发展，线宽会变得越来越小、层数也会越来越多，对CMP的技术要求越来越高，CMP设备的使用频率也越来越高。从技术角度看，无论是高层的存储器、先进封装、中的芯片堆叠等技术，都推动CMP设备的不断提升。从用量上看，无论是高精度对于工艺步骤数量，还是第三代半导体工艺逐步成熟带来的机台需求，都推动市场空间的上升。

集微咨询（JW Insights）认为，CMP设备发展呈现四大趋势：向高精密化与高集成化方向发展；随着芯片制程工艺升级，CMP设备应用将更为频繁；随着第三代半导体的发展，CMP设备应用将更为广泛；国产CMP设备成熟度增高，国内市场空间逐步增大。

CMP设备市场分析

尽管CMP设备市场的占比远低于耗材，但由于其技术含量更高，是CMP工艺中的最核心要素。根据华经产业研究院的数据，2020年全球CMP设备市场规模为17.67亿美元，2021年为27.83亿美元，同比增长57.48％。预计2022年全球市场规模为30.76亿美元。CMP设备在半导体行业中的地位越来越重要，美国Industry ARC公司预测2020-2025年，CMP设备的市场规模将保持7.2％的复合增长率并于2025年达到36.10亿美元。根据前瞻产业研究院的2020年CMP设备行业市场分析，我国已经跃居最大市场，总占比高达全球市场35％，其中大陆市场占比25％，台湾市场占比10％；韩国、美国、日本、欧洲分别占据全球市场的26％、13％、9％、7％。

前瞻产业研究院的数据指出，美国和日本在CMP设备制造领域处于领先地位，美国应用材料（Applied Materials，AMAT）公司、日本荏原机械（Ebara）制造所分别占据了全球70％和25％的市场份额，此外德国皮特沃尔特斯（Peter Wolters）公司占据约3％的全球市场；从国内来看，超过82％的大陆市场被国外企业占据，CMP设备的国产化进度严重不足，仅天隽机电、天津华海清科分别占据大陆市场12％、6％，另外中国电子科技集团公司第45研究所（简称“中电45所”）有CMP设备的研发。整理了应用材料、荏原机械制造所、皮特沃尔特斯这三家CMP设备的巨头的最新发展情况。

美国应用材料公司是CMP设备领域独大的供应商，2003年，应用材料结束了所有8in设备的生产，主攻12in CMP设备。

，应用材料最新一代的产品是ReflexionTM-LK300，属于经典的Mirra系列，为硅、浅沟槽隔离（STI）、氧化物、多晶硅、金属钨和铜镶嵌应用提供了经生产验证的高性能150mm和200mm平坦化解决方案。它的高速平坦化转盘和多区研磨头具有低下压力，可实现极佳的均匀度和效率。Mirra配置的集成式CMP后清洗器Mesa能有效去除浆料、防止残渣形成，最大限度减少微粒和水痕。对于铜 镶嵌应用，应用材料公司CMP设备配置的是200mm Desica 清洁和冲洗技术，利用Marangoni蒸气干燥器，可实现快速、有效的无水印干燥。ReflexionTM-LK 300采用全套端点方法，提供同线度量和先进的工艺控制能力，确保出色的晶圆内和晶圆间工艺控制和可重复性，适合所有平坦化应用。

德国皮特沃尔特斯公司为欧洲知名的半导体设备制造商，一直专注于CMP设备的研发，在硅材料CMP领域有着独特的设计和理解。皮特沃尔特斯生产的CMP设备主要有PM200-Apollo、PM200 GEMINI、PM300-Apollo、HFP200、HFP300等，这些均为旋转式CMP设备，其中最新一代的PM300-Apollo型为300mm硅片CMP加工设备，可根据不同配置实现干进湿出或干进干出的功能。如图9-4所示，HFP300为Peter Wolters 公司开发的最新的300mm硅片加工设备，生产效率较上一代产品提高了30％。

日本荏原机械制造所(Ebara)创立于1912年，总公司位于日本东京都大田区，主营社会基础设施和工业用机械设备，1965年开始扩展业务发展半导体行业的CMP设备的设计制造。荏原机械制造所的200mm和300mm CMP抛光设备均具有高可靠性和高生产率，荏原机械制造所拥有的12in晶圆10～20nm级CMP设备，很多位于行业生产和新技术要求的前沿，能在一定程度上实现对美国产品的替代。荏原机械制造所的高通量F-REX系列CMP系统正在运行台积电当今最严苛的3nm芯片的CMP应用，用于化学机械抛光IC制造的氧化物、ILD、STI、钨和铜。适用于200mm和300mm晶圆直径的F-REX200和F-REX300SII平台分别提供最先进的设计和性能，提供面向用户的系统配置，实现最大芯片吞吐量和所有干燥晶圆处理功能。如图所示是日本荏原机械制造所的F-REX300型CMP设备。 ?

国内的CMP制造商主要是天隽机电、华海清科、中电45所，此外盛美半导体在2019年也推出了CMP设备产品，成为国产CMP设备的新生力量。 天隽机电，全名为上海天隽机电设备有限公司，成立于2005年，是一家集化学品、研磨液供应系统、湿法清洗设备的研发、生产、销售、服务为一体的股份制企业，主要从事化学品系统CDS、研磨液系统SDS、蚀刻湿法制程WPS、精密超声清洗等设备研发、生产、制造。

华海清科的前身是2000年雒建斌院士、路新春教授带领建立的研究团队，2012年，雒建斌院士带领此研究团队，成功研制出具有自主知识产权的国内首台12in干进干出式CMP设备，2013年3月，清华控股联合天津市投资设立华海清科，推动该项科技成果的产业化进程。2014年，华海清科研制出国内首台12in干进干出CMP商业机型-Universal-300，如图9-6所示。2015年该机台进入中芯国际北京工厂，2016年通过中芯国际考核并实现销售。

华海清科的产品填补了我国集成电路制造领域CMP设备技术的空白，打破了国外垄断。截至2019年4月，该机台已累计加工60000余片硅片。2017年2月，华海清科第二台CMP工艺设备进入中芯国际北京工厂，仅用78天的时间就完成了装机、调试，并生产了过百片晶圆，创造了首台国产核心工艺设备在集成电路大生产线上线的最高效率，荣获了中芯国际授予的“突出成就奖”。2018年1月18日，继在中芯国际顺利完成IMD／ILD／STI工艺产品大批量生产之后，华海清科的Cu＆Si CMP设备进入上海华力，这是国产CMP机台第一次进入上海华力，也标志着国产首台12in铜制程工艺CMP设备正式进入集成电路大生产线。

中电45所创立于1958年，2002年并入中国电子科技集团，并于同年开始半导体设备研发。在2017年11月21日完成了国产首台200mmCMP设备的晶圆万片抛光马拉松式测试，从此，中电45所的CMP设备产品从中低端迈向了高端，标志着中国电子科技集团实现集成电路核心装备自主可控的又一进步。之后中电45所的CMP事业部承担了02专项课题“28～14nm抛光设备及工艺、配套材料产业化”项目，研发团队先后突破10余项关键技术，完成技术改进50余项，申报国内外专利43项，取得CMP基础技术、应用工艺、核心零部件、整机等多项成果，逐渐形成了完整的CMP技术体系。中电45所最新的产品BG-407，这是一款“干出干进”式CMP设备，采用四研磨头三研磨台设计，满足STI、ILD、contactor、metal line等IC制造过程的平坦化需求，也支持PCB、IGBT、5G芯片等前沿产品的平坦化工艺。

盛美半导体的CMP设备主要用于后段封装的65～45nm铜互连工艺。盛美半导体掌握了晶圆无应力抛光技术，采用该技术的样机已被美国英特尔（Intel）和LSI Logic公司所采购。在2019年3月上海“SEMICON China 2019”上，盛美半导体再次发布先进封装抛铜设备，新推出的封装抛铜设备则针对人工智能（AI）芯片封装工艺开发。具有更多的引脚的AI芯片，需要全新的立体封装工艺和封装设备，其中的抛光工艺需要高成本的抛光粉。所示是盛美半导体最新的Ultra SFP ap335设备图，针对2.5D封装工艺需求，UltraSFP ap335采用湿法电抛光工艺，整合了无应力抛光（SFP）、化学机械研磨（CMP）和湿法刻蚀工艺（wet-etch），不仅减少约90％抛光粉消耗量，还可以对抛光液中的铜进行回收。由于电抛光的化学液可以重复循环使用，这样可以节省80％以上的耗材费用。

CMP耗材市场分析

根据前瞻产业研究院数据，2020年全球抛光液和抛光垫市场规模分别达到20.1亿美元和13.2亿美元。2019年CMP各种耗材的市场分布占比，抛光液占据了48.1％的高份额，抛光垫占据了31.6％的份额位列第二，这两者是CMP耗材市场的主要组成。表为目前国际市场上主流的抛光垫和抛光液的分类与特点

1）抛光液是CMP的关键要素之一，其性能直接影响抛光后表面的质量。抛光浆料的成分主要由三部分组成：腐蚀介质、成膜剂和助剂、纳米磨料粒子。抛光浆料要满足抛光速率快、抛光均一性好及抛后易清洗等要求。磨料粒子的硬度也不宜太高，以保证对膜层表面的机械损害比较轻。

2019年，全球CMP抛光液市场规模为20.1亿美元，市场主要被美国的卡博特（Cabot Corporation）、Versum和日本的Fujimi等企业所垄断。卡博特是全球领先的抛光液供应商，2019年抛光液销售收入4.11亿美元，市场占有率最高，但统治力在逐年下降，其市场占有率从2000年的约80％下降至2019年的约35％。Versum是美国老牌的先进材料和工艺材料制造商，2019年抛光液业务约占全球20％的市场。Fujimi是日本专注于研磨材料研发的公司，2019年CMP抛光液销售额达146.21亿日元，全球占比约15％。国内的供应商主要是安集微电子科技（上海）股份有限公司（简称“安集科技”），安集科技在2004年成立于上海市浦东新区，主营全系列的CMP抛光材料和光刻胶等产品，2019年抛光液总收入达2.08亿元。

2）抛光垫又称CMP研磨垫，主要由包含填充材料的聚氨酯材料组成，用于控制毛垫的硬度。抛光垫的表面凸出部分直接与晶片接触摩擦，将抛光液均匀地抛洒到抛光垫的表面去除抛光层，最后抛光液将反应产物带出抛光垫。抛光垫的性质直接影响晶片的表面质量，是关系到平坦化效果的直接因素之一。

全球CMP抛光垫几乎全部被美国陶氏化学公司（Dow Chemical Company）垄断，占据了约90％的市场份额。排名第二的是美国的卡博特（Cabot Corporation）公司，占据约5％的市场份额，影响力有限。国内仅鼎龙股份、江丰电子、智胜科技股份有限公司和贝达先进材料公司具备生产抛光垫材料的技术。

陶氏公司［29］是一家全球领先的多元化化学公司，成立于1897年，2018年陶氏公司与化工行业全球第一的杜邦公司完成等比合并，成立陶氏杜邦，一跃成为全球500强企业第147。陶氏公司最新的抛光垫是IC1010，采用聚氨酯材料制成，气孔细小均匀，抛光垫表面设有沟槽有助于浆料快速扩散到晶圆下方，可获得较好的浆料保持能力和较高的抛光去除率。兼顾了抛光产品良率与抛光垫本身的寿命，陶氏公司的抛光垫长时间都是晶圆代工企业最为热衷和信赖的产品，如三星、台积电、中芯国际、格芯、TowerJazz、H-Grace、VIS、PSC、DongbuHiTek等。

卡博特［30］不仅是全球第一的抛光液生产商，也是全球第二的抛光垫生产商，在陶氏公司的统治地位下也能占据一定的市场份额。卡博特最新的抛光垫是Suba 800，用于半导体晶片的粗抛和中抛，具有高平坦度、高抛光速率和更低晶片缺陷等优点，由于价格适中，目前在6in、8in和12in晶圆生产的CMP工艺上有所使用。

国内的鼎龙股份［31］具有提供抛光垫的技术能力，但目前供应能力很弱。鼎龙股份全名湖北鼎龙控股股份有限公司，成立于2000年。在2013年，鼎龙完成立项，开始对CMP抛光垫进行研发，2016年完成建厂，2020年抛光垫销售额2000万元，销售利润12％～16％，但目前仅销售给国内的长江存储、武汉新芯、中芯国际、合肥长鑫等晶圆生产商，暂不具备国际市场。

江丰电子［32］是基于公司合资、引进外国先进技术发展CMP抛光垫的国内生产商。江丰电子全名宁波江丰电子材料有限公司，成立于2005年，在2016年，与美国嘉柏（CabotMicroelectronics Corporation）微电子材料股份有限公司合资，正式投入CMP抛光垫的研发。目前，江丰电子的客户包括台积电、UMC、中芯国际、华虹、富士电机、三星、海力士等。

整体而言，国内半导体工业的相对落后导致了CMP产业起步较晚，尤其在抛光液、抛光垫、抛光机这些核心技术上，国内公司的实力仍与海外巨头有巨大的差距。受到技术、资金以及人才的限制，国内CMP设备底子薄、基础弱，产业总体表现出企业规模偏小、技术水平偏低以及产业布局分散的特征，而国际半导体设备发展比较成熟，CMP设备呈现美日高度垄断的现状。半导体领域的未来是以氮化镓（GaN）为代表的宽禁带第三代半导体材料，相应的，CMP设备的未来也是适用于这类半导体的抛光设备［33］。从平衡化学反应和机械作用入手，我国CMP从摆脱依赖进口的现状，到设计生产出独立自主研发的新一代CMP设备，还有很长的路要走。