化學機械拋光（CMP）技術是晶圓制造的必須流程之一，對高精度、高性能晶圓制造至關重要。晶圓制造主要包括7大流程，分別是擴散（Thermal Process）、光刻（Photo lithography）、刻蝕（Etch）、離子注入（IonImplant）、薄膜生長（Dielectric Deposition）、化學機械拋光（CMP）、金屬化（Metalization）。化學機械拋光（CMP）最早在 1980 年代被引入半導體制造中，用于減少晶片表面的不均勻性，幾乎所有生產特征尺寸小于0.35 微米的半導體制造廠均采用了該工藝。CMP 可以平整晶片表面的不平坦區域，并可以以更高的精度進行后續光刻。CMP 使芯片制造商能夠繼續縮小電路面積并擴展光刻工具的性能。

    一、拋光材料現狀

    拋光液、拋光墊是CMP工藝中不可或缺的材料，有著較高的價值量。CMP工藝集合了拋光液的化學（酸性或堿性）效應以及微磨料的機械效應，將晶圓固定在可旋轉的載體中（單頭或多頭），并將拋光墊放置在一個可旋轉的平臺上，兩者在一定壓力及拋光液的作用下相互運動，以實現晶圓表面的高度平坦化。CMP拋光材料總體占到晶圓制造所需各類材料成本的 7%，其中拋光液、拋光墊有著較高的價值量，分別占到拋光材料的49%和 33%，其他拋光材料還包括拋光頭、研磨盤、檢測設備、清洗設備等。

拋光材料價值量占比

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    拋光液是均勻分散膠粒乳白色膠體，主要起到拋光、潤滑、冷卻的作用。根據酸堿性可以分為酸性拋光液和堿性拋光液，根據應用場景可以分為金屬拋光液和非金屬拋光液。以堿性 SiO2 拋光液為例，其重要成分包含磨料（SiO2 膠粒）、堿、去離子水、表面活性劑、氧化劑、穩定劑等。SiO2 膠粒主要作用是進行機械摩擦并吸附腐蝕產物，要求硬度適當，尺寸在 1-100nm。堿性溶液在拋光過程中主要起到腐蝕作用，因避免引入 Na+、K+等金屬離子，其組成通常是有機胺，其 PH 值一般為 9.4-11.1 之間。氧化劑用于加速腐蝕反應速率，由于 Si本身與堿反應速率較慢，而 SiO2 與堿反應速率較快，氧化劑可將表層 Si 進行氧化，從而獲得較快的腐蝕速度。表面活性劑用于不溶性顆粒，防止膠粒凝聚沉淀。

    拋光墊是一種 疏松多孔的材料， 具有一定彈性，一般是聚亞氨酯類，主要作用是存儲和傳輸拋光液，對硅片提供一定的壓力并對其表面進行機械摩擦。拋光墊具有類似海綿的機械特性和多孔特性，表面有特殊的溝槽，可提高拋光均勻性。拋光墊雖不與硅片直接接觸，但仍同拋光液一樣屬于消耗品，其壽命往往只有45-75小時，需要定時整修和更換。

    拋光液由磨料、PH 值調節劑、氧化劑、分散劑、表面活性劑等多種成分混合而成，介質復雜度很高。高品質拋光液的關鍵在于控制磨料的硬度、粒徑、形狀等因素，同時使得各成分達到合適的質量濃度，以達到最好的拋光效果。拋光墊由于在拋光的過程中會不斷消耗，因而其使用壽命成為衡量拋光墊優良的重要技術指標，越長的壽命越有利于晶圓廠維持生產的穩定。此外，缺陷率對于衡量拋光墊的優良程度同樣重要，這一指標在納米制程的晶圓生產中尤為重要。

    全球半導體市場自 2016 年至2018年經歷了復合增長率 18%的高速增長，達到4690億美元規模，雖 2019 年市場收縮，但預計未來兩年全球半導體市場將重新迎來高速增長，有望達到 13%的復合增長率。半導體材料是半導體行業發展的基礎，將伴隨半導體行業發展持續增長。2018 年半導體材料市場達到519億美元，占全球半導體整體規模的 11%。預計到2023年半導體材料市場將突破600億美元，復合增長率達4.3%。

2016-2021年全球半導體市場規模及增速趨勢

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2013-2023年全球半導體材料市場規模及預測

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    2001 年以來亞太地區（不含日本）半導體市場年復合增長率達 12.2%，是全球增長最快的地區。到2018年，亞太地區（不含日本）半導體市場規模占全球的 60%，是排名第二的美國的近三倍，是歐洲地區的近 7 倍。2014-2018 年中國集成電路產業銷售額以超過20%的年復合增長率高速增長，增速超過全球平均水平，到2018年達到近6500億元規模。

2018年半導體市場規模全球占比

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    2014-2020 年全球CMP拋光材料市場以 6%的年復合增長率穩定增長，預計到 2020 年全球拋光材料市場規模將達到 32.1 億美元。拋光液和拋光墊在 CMP 材料中價值占比最高，合計約占 80%左右。2016-2018 年拋光液、拋光墊合計市場規模復合增長率 7%，至2018年市場規模達到 20.1 億美元，其中拋光液和拋光墊市場規模分別為12.7億美元和7.4億美元。預計到 2023年全球拋光液和拋光墊市場規模將達到 28.4 億美元，拋光液和拋光墊市場將分別達到 17.9 億美元、10.5 億美元。

2020年全球 CMP 市場規模增長

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    制程的不斷推進將推動拋光材料的需求增長。此外NAND存儲芯片同樣正在經歷從2D結構到 3D 結構的技術革新，3D NAND中拋光步驟達到16次，是2D NAND的兩倍，對拋光材料的需求同樣將翻倍增長。

    專用化、定制化是拋光材料未來發展方向。化學機械拋光 CMP 技術在多領域均有應用，且隨著技術的進步各領域對于 CMP 技術專用化的要求也將越來越高。比如拋光液在不同的應用領域需要不同的特性，分化出銅及銅阻擋層拋光液、鎢拋光液、硅粗拋光液等分類，分別應用于邏輯芯片、存儲芯片、硅晶片等不同領域，隨著芯片制程的提高以及技術的改進，拋光液專用化程度將逐漸提高。CMP 技術是一個非常復雜的過程，要達到最優的拋光效果需要綜合考慮多方面的因素。比如拋光墊在缺陷率提高的同時，則會導致平坦度的降低，隨著制程的提高這種矛盾將更加突顯，因而對于先進制程工藝，需要定制化地給出滿足要求的拋光墊產品。專用化和定制化將給后起的國產廠商帶來機遇。一方面，國產廠商可以集中有限資源發力研發某一特定應用領域拋光材料，如專注銅及銅阻擋層拋光液，以此作為突破口打入市場。另一方面，可以憑借本土化優勢，與國內主流的晶圓制造廠商展開深度合作，研發定制化的產品，逐步構筑壁壘。

    二、拋光材料格局

    智研咨詢發布的《2020-2026年中國CMP拋光材料行業市場競爭狀況及投資機會分析報告》數據顯示：美國的Cabot Microelectronics是全球拋光液市場龍頭，2000 年市占率高達 80%，不過到 2017 年Cabot Microelectronics 全球市占率降低至 36%。其他主要供應商包括Hitachi、Fujimi、Versum 等，市占率分別為 15%、11%、10%。拋光液市場分散程度相對較高，多元化發展趨勢明顯，國產廠商實現替代機會較大。目前安集微電子已經形成替代，全球市占率達到 2%。
陶氏是全球最大的拋光墊供應商，市占率高達 79%，幾乎壟斷市場，陶氏在中國拋光墊市場占有率更是高達 85%以上。其他廠商 Cabot Microelectronics、Thomas West、FOJIBO 等，全球市占率均不超過 5%。而國內拋光墊廠商只有鼎龍股份、江豐電子兩家。拋光墊較高的技術壁壘是陶氏形成強勢壟斷的原因。拋光墊作為 CMP 拋光工藝中必需耗材之一，對缺陷率和使用壽命有較高的要求，需要廠商有足夠的技術研發實力。目前高端的 300mm 晶圓拋光墊專利掌握在美國應用材料公司手中，在中國只有陶氏獲得專利授權。由于拋光墊有較高技術要求，認證周期較長，因而大公司更易形成穩定的客戶關系。

全球 CMP拋光液市場格局

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全球 CMP拋光墊市場格局

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    2018-2019年中國新建晶圓廠數量達到高峰，到 2020 年新建晶圓廠累計將達到 20 座。全球晶圓產能向中國大陸轉移趨勢明顯，帶動中國市場對上游半導體材料的需求。相對國內市場晶圓制造材料的巨大需求，國產半導體材料供給缺口巨大，國產化率只有 20%左右，拋光材料細分市場國產化率更是不足 15%，國產替代需求強烈。

各材料國產化率

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