今天重点分析CMP 抛光材料：价值量最大的是抛光液（安集科技）和抛光垫（鼎龙股份），目前格局是美日厂商主导，中国少数厂商实现突破，未来国产化替代空间广阔​。

 

1.什么是CMP 工艺？

 

CMP（化学机械抛光/研磨）是目前公认的纳米级全局平坦化精密加工技术。在集成电路制造全过程中，除集成电路设计环节外，都需要使用 CMP 工艺，其中集成电路制造是CMP工艺主要应用场景。

 

CMP可以使晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求，解决晶圆表面起伏不平导致的光刻无法准确对焦、电子迁移短路、线宽控制失效等问题。

 

根据不同工艺制程和技术节点的要求，每一片晶圆在生产过程中都会经历几道甚至几十道的 CMP 抛光工艺步骤。

 

化学作用是指抛光液中的化学品和硅片表面发生化学反应，生成比较容易去除的物质，物理过程是指抛光液中的磨粒和硅片表面材料发生机械物理摩擦，去除化学反应生成的物质。

 

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，从而达到晶圆表面的高度（纳米级）平坦化效应，使下一步的光刻工艺得以顺利进行。

 

 

CMP 上游为抛光材料，主要包括抛光垫、抛光液、钻石碟、清洗液等。中游为晶圆制备，下游应用包括消费电子、汽车电子、医疗等领域。

 

 

根据 SEMI 数据，全球 CMP 材料成本占比中，抛光液和抛光垫价值量最高，其中抛光液占比 49%，抛光垫占比 33%，合计占比 82%，钻石碟占比 9%，清洗液占比 5%。

 

 

CMP 抛光垫是 CMP 环节的核心耗材之一，主要作用是储存和运输抛光液、去除磨屑和维持稳定的抛光环境等。

 

CMP 抛光液是研磨材料和化学添加剂的混合物，可使晶圆表面产生一层氧化膜，再由抛光液中的磨粒去除，达到抛光的目的。

 

钻石碟是 CMP 工艺中必不可少的耗材，用于维持抛光垫表面一定的粗糙状态，通常与 CMP 抛光垫配套使用。

 

清洗液主要用于去除残留在晶圆表面的微尘颗粒、有机物、无机物、金属离子、氧化物等杂质，满足集成电路制造对清洁度的极高要求，对晶圆生产的良率起到了重要作用。

 

 

2.CMP抛光材料未来增长可期

 

根据SEMI数据，2014-2020年，全球CMP抛光材料市场规模从15.7亿美元提升至24.8亿美元，年均复合增长率（CAGR）约为8%，占晶圆制造材料比重约7%。

 

其中，2020年国内CMP抛光材料市场规模约为32亿元，近五年复合增速维持在10%左右。

 

展望未来，一方面，晶圆制造工艺制程缩小将进一步带来 CMP 工艺步骤增长，带动 CMP 抛光材料在晶圆制造过程中的消耗量增加。

 

根据 Cabot Microelectronics 数据，250nm 时 CMP 抛光步骤为 8 次，45nm 时 CMP 抛光步骤增加到 17 次，7nm 时 CMP 抛光步骤则增加到 30 次。

 

此外，在存储芯片领域，随着存储容量需求增长，存储芯片在由 2D NAND 向 3D NAND升级过程中，CMP 抛光步骤由 7 次增加到 15 次，实现了翻倍增长。作为主流存储技术，3D NAND 层数也在不断增加，随着堆叠层数增加，CMP 抛光材料的需求量也有望同步增长。

 

此外，先进封装的应用使 CMP 从晶圆制造前道工艺走向后道工艺。在封装领域，传统的 2D封装并不需要 CMP 工艺，但随着系统级封装等新的封装方式的发展，技术实现方法上出现了倒装、凸块、晶圆级封装、TSV 硅通孔、2.5D 封装和 3D 封装等先进封装技术。

 

其中 TSV 技术中就需要使用 CMP 工艺进行通孔大马士革铜工艺淀积后的正面抛光，可以平坦化和隔开另一面沉积的导体薄膜，方便进行金属布线。

 

此外，也能用于晶圆背面金属化和平坦化的减薄抛光，未来 CMP 抛光材料将在先进封装工艺中寻找到新的市场空间。

 

 

 

3.CMP 抛光液：配方成分复杂+种类复杂，美日企业主导

 

 

抛光液一般由磨粒、去离子水、各种化学添加剂等组成，是影响 CMP 中材料抛光质量的关键因素之一。

 

在化学机械抛光过程中，抛光液中的添加剂与晶圆表面反应产生化学作用，磨粒在晶圆表面通过摩擦提供机械作用。

 

因此，抛光液对 CMP 性能的影响重大，抛光液需要具备流动性好、无毒和抛光速度快等特点。

 

 

1）抛光液中的纳米磨粒、微纳米磨粒提供机械作用。磨粒直径一般为几十纳米，常用的磨粒有二氧化硅(SiO2 )、氧化铝(Al2O3 )、氧化铈(CeO2 )和金刚石等。

 

磨料的硬度、粒径、状及其在抛光液中的质量浓度等决定了磨粒的去除行为和能力。因单一磨粒性能存在局限性，厂商为提高抛光效率会将不同粒径尺寸的一种磨粒或者两种不同磨粒混合使用。

 

2）抛光液的添加剂提供化学作用。添加剂一般有氧化剂、络合剂、表面活性剂以及 pH调节剂等。其种类根据产品应用需求有所不同，如金属抛光液中有金属络合剂、腐蚀抑制剂等，非金属抛光液中有各种调节去除速率和选择比的添加剂。

 

根据应用领域不同，抛光液可分为硅抛光液、铜及铜阻挡层抛光液、钨抛光液、钴抛光液、介质层（TDL）抛光液、浅槽隔离层（STI）抛光液和 3D 封装硅通孔（TSV）抛光液。

 

 

抛光液的难点主要有两个：1）技术难度，抛光液的成分很复杂，由氧化剂、磨粒、络合剂、表面活性剂、缓蚀剂、pH调节剂及pH缓冲剂按照一定比例配置而成，需要长期试错后才可能得到理想的产品；

 

2）原材料壁垒，抛光液中主要的原材料是磨粒，约占成本的50~70%，核心技术被海外巨头垄断。

 

CMP 抛光液竞争格局

 

全球 CMP 抛光液 2016 年市场规模为 11 亿美元，2021 年为 18.9 亿美元，预计 2026 年将达到 25.3 亿美元。

 

其中，铜抛光液、钨抛光液和氧化物抛光液的市场规模占比最大，而钴抛光液和多晶硅抛光液则成为增长最快的抛光液品类。

 

抛光液市场被美日企业垄断，近年本土自给率有所提升。

 

根据华经情报网数据，全球 CMP 抛光液市场格局中，美国卡博特（Cabot）占比 33%，日立（Hitachi）占比 13%，Fujimi 占比10%，慧瞻材料（Versum，被默克收购）占比9%，安集科技占比2%，CR5 为67%。

 

 

根据华经情报网数据，中国 CMP 抛光液市场格局中，卡博特（Cabot）占比 39%，安集科技占比 13%，日立（Hitachi）占比 12%，Fujimi 占比 6%，慧瞻材料（Versum，被默克收购）占比 4%，CR5 为 74%，集中度较高。

 

 

安集科技：国内化学机械抛光液先行者，打破国外垄断格局。

 

公司主要业务有化学机械抛光液（占比86.5%）和光刻胶去除剂（13.2%）。

 

公司化学机械抛光液包括硅/多晶硅抛光液、浅槽隔离（STI）抛光液、金属栅极抛光液、介电材料（二氧化硅、氮化硅）抛光液、钨抛光液、铜及铜阻挡层抛光液、三维集成（TSV、混合键合等）抛光液、硅衬底抛光液和应用于第三代宽带半导体的抛光液等系列产品。

 

其中，在用于 28nm 技术节点 HKMG 工艺的铝抛光液取得重大突破，通过客户验证，打破了国外厂商在该应用的垄断并实现量产。

 

在基于氧化铈磨料的抛光液方面，公司与客户共同开发的基于氧化铈磨料的抛光液产品突破技术瓶颈，目前已在 3D NAND 先进制程中实现量产并在逐步上量。

 

衬底抛光液方面，公司在硅的精抛液取得突破，技术性能达到国际主流供应商的同等水平，产品在国内领先硅片生产厂论证按计划顺利进行；

 

为客户定制开发的用于第三代半导体衬底材料的抛光液，进展顺利，部分产品获得海外客户的订单，拓展了海外市场。

 

鼎龙股份：公司产品包括 CMP 抛光垫、抛光液、清洗液三大 CMP 环节核心耗材。

 

抛光液方面，在 28nm 节点 HKMG 制程的铝制程抛光液解决了海外厂商的技术“卡脖子”问题，已在 Oxide（氧化物）、SiN（氮化硅）、Poly（多晶硅）、Cu（铜）、Al（铝）等 CMP 制程进行抛光液新产品的开发。

 

公司氧化硅抛光液已经持续稳定获得订单，铝制程抛光液进入吨级采购阶段，钨抛光液产品于近期首次收到某国内主流晶圆厂商的 20 吨采购订单，其他各制程 CMP 抛光液产品覆盖全国多家客户进入关键验证阶段，为未来的快速放量奠定基础。

 

清洗液方面，公司能够提供铜制程 CMP 后清洗液、蚀刻后清洗液两类清洗液产品。此外，鼎汇微电子向武汉鼎龙汇达采购钻石碟 Disk 用于市场开拓。

 

 

4.CMP 抛光垫：专利壁垒突出，海外企业占据垄断地位

 

 

抛光垫（pad ）是 CMP 过程中的核心耗材，在 CMP 工艺中，抛光垫粘附在抛光台上，与工作件接触，对硅片提供一定的压力并对其表面进行机械摩擦。

 

抛光垫发挥着重要的作用：

 

1）能贮存抛光液，并把它运送到工件的整个加工区域；2）移除已加工的工件材料碎屑；3）传递材料去除所需的机械载荷；4）维持抛光过程所需的化学环境。

 

 

 

抛光垫通常可分为硬质和软质两种，一般是聚亚氨酯类材料， 目前使用最多的是由缓冲层和抛光层组成的复合型抛光垫。

 

硬质抛光垫可较好地保证工件表面的平面度，软质抛光垫可获得加工变质层和表面粗糙度都很小的抛光表面，为了兼顾平坦度和非均匀性要求，可采用“上硬下软”的上下两层复合结构，复合型抛光垫也就应运而生，成为市场需求的主流。

 

在使用过程中，抛光垫也会受化学及机械作用损伤，进而影响抛光效果，因此 CMP 抛光垫也需要定期更换，据鼎龙股份公告，CMP 抛光垫单次使用寿命约为十几至五十小时不等。

 

根据 Cabot Microelectronics 数据，全球 CMP 抛光垫市场格局中，陶氏杜邦占比 79%，占据市场主导地位，卡博特（Cabot）占比 5%，Thomas West 占比 4%，FOJIBO 占比2%，日本厂商 JSR 占据 1%。国产厂商在全球 CMP 抛光垫市场中几乎没有话语权。

 

 

国内方面，鼎龙股份掌握了抛光垫全流程核心研发和制造技术，已通过下游部分客户认证。

 

鼎龙股份：国产 CMP 抛光垫核心供应商，泛半导体材料业务迎来放量

 

鼎龙股份是国内唯一一家全面掌握抛光垫全流程核心研发和制造技术的 CMP 抛光垫供应商。

 

公司是国内打印耗材（占比85.4%）及CMP材料（占比13%）龙头，目前重点聚焦于半导体材料领域的CMP制程工艺材料、半导体显示材料、半导体先进封装材料三个细分板块业务。

 

公司CMP抛光垫收入由2018年的0.03亿元增长到2021年的3.02亿元，CAGR高达360%。2022年公司CMP抛光垫销售收入预计超4.7亿，同比增长56%，业绩进入加速兑现期。

 

公司凭借成熟技术优势有望受益于国产替代进一步加速，未来将承担起国内CMP抛光材料国产化的重任。

 

公司整体毛利率一直维持在30%以上，近两年毛利率稳步提升，主要是因为公司抛光垫业务营收大幅增长，抛光垫毛利率一直在60%以上。

 

2021年公司研发支出达到2.84亿，同比增长超过50%，而且公司的研发支出水平在行业中处于上游。

 

公司CMP抛光垫产品持续稳步增长，销量和市场占有率将进一步提升，未来国内市场进口替代国产供应商的领先优势进一步巩固。

 

 

 

 

 

 

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