CMP原理

与传统的纯机械或纯化学的抛光方法不同，CMP工艺是通过表面化学作用和机械研磨的技术结合起来，实现晶圆表面微米/纳米级不同材料的去除，从而达到晶圆表面纳米级平坦化，使下一步的光刻工艺得以进行。

CMP过程：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、抛光垫摩擦等耦合实现全局平坦化。抛光盘带动抛光垫旋转，通过先进的终点检测系统对不同材质和厚度的磨蹭实现3~10nm分辨率的实时厚度测量防止过抛，更为关键的技术在于可全局分区施压的抛光头，其在限定的空间内对晶圆全局的多个环状区域实现超精密可控单向加压，从而可以响应抛光盘测量的膜厚数据调节压力控制晶圆抛光形貌，使晶圆抛光后表面达到超高平整度和超低表面粗糙度。

图1：CMP工艺原理图

图源：Applied Materials，广发证券

1. 研磨速率：单位时间内晶圆表面材料被研磨的总量。

2. 研磨均匀性：分为片内均匀性和片间均匀性。片内均匀性指某个晶圆研磨速 率的标准方差和研磨速率的比值；片间均匀性用于表示不同圆片在同一条件下研磨 速率的一致性。

3. 缺陷量：对于CMP而言，主要缺陷包括表面颗粒、表面刮伤、研磨剂残留，将直接影响产品的成品率。

CMP分类

图2：CMP应用领域

图3：STI CMP示意图

图4：Oxide CMP示意图

CMP 设备占半导体设备投资总额比例约为 4%。2012-2019年全球CMP设备市场整体上呈现上升趋势，到2018年全球CMP设备的市场规模达到最大值，约25.82亿美元，而2019年较2018年下滑至23.05亿美元。同期中国CMP设备市场规模约为4.5亿美元。

图6：2013-2019年中国CMP设备市场规模(亿美元)

图7：不同制程对CMP抛光次数要求

图源：中国产业信息网，广发证券

全球CMP设备市场的龙头企业主要为应用材料Applied Materials和荏原Ebara，两家龙头企业近乎垄断了全球CMP设备的市场。根据2019年数据，应用材料占据了全球CMP设备市场近70%的市场份额，荏原机械则占据了近25%。

图源：中国产业信息网，广发证券

北京烁科精微电子装备有限公司成立于 2019 年，系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设立的混合所有制公司，主要经营 CMP设备的研发、生产及销售，其生产的 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 月发往客户处进行验证。

国产CMP设备与国际领先公司CMP设备的差别主要体现在制程精度。应用材料的CMP设备可应用于最先进的5nm制程，荏原设备也可用于部分材质的5nm制程，华海清科目前进度是实现了28nm制程的产业化，14nm工艺还在验证中。CMP 产品的技术水平主要取决于设备在抛光、清洗、工艺智能控制等核心技术方面的表现，国产替代已经取得一定突破，期待未来可以再进一步。

参考资料：

1. 华海清科招股说明书