CMP设备技术壁垒高企,迭代周期较长。
CMP 设备产业化关键指标为工艺一致性、生产效率、可靠性等,主要检测参数有研磨速 率、研磨均匀性和缺陷量、清洗后颗粒物残留率、金属离子含量控制等。CMP 设备技术水平的高低主要取决于抛光、清洗、工艺智能控制等核心模块,抛光技术要实现纳米级别 “抛得光”、晶圆全局“抛得平”,是工艺的基础;辅助、控制技术如纳米级清洗、膜厚在 线检测、智能化控制等同样重要。根据赛迪顾问,通常 CMP 工艺后的器件材料损耗要小 于整个器件厚度的 10%,随器件特征尺寸不断缩小,缺陷对于工艺控制和最终良率的影响 愈发明显,清洗技术、工艺控制等辅助技术的重要性愈发突出。 CMP 设备在较长时间内不存在技术迭代,技术延续性较好。应用于 28nm 和 14nm 的 CMP 设备没有显著差异,仅在特定模块如抛光模块、后清洗模块、工艺控制模块等方面进行技 术优化。在未来 CMP 工艺由 14nm 持续向更先进制程推进过程中,CMP 技术将不断趋于 抛光头分区精细化、工艺控制智能化、清洗单元多能量组合化方向发展,关键模块技术在 其技术发展中将起到相当重要的作用。
2021 年全球 CMP 设备市场为 27.83 亿美元,2022 年预计超 29 亿美元。根据 SEMI、 Gartner 数据,全球 CMP 设备市场规模从 2017 年的 22.65 亿美元升至 2021 年的 27.83 亿美元,CAGR 约 5.3%。全球 CMP 设备约占半导体设备的 2.5%-4%,以 2022 年全球 半导体设备销售额 1076.4 亿美元、CMP 占比 2.7%预计,2022 年全球 CMP 设备市场约 29.06 亿美元。 中国大陆 CMP 市场高速增长,进口依赖较严重。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%。华经产业研究院预计 2021 年大陆 CMP 市场规模约 6.8 亿美元,2015-2021 年 CAGR 约 32.6%。以 2022 年中国 CMP 设备占中国大陆半导体设备的 2.5%、占全球 CMP 设备的 24.5%预计,2022 年中国 CMP 设备市场约 7.1 亿美元。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。

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。应用材料、 日本荏原两家制造商合计拥有全球 CMP 设备超 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。 CMP 设备国产化逐渐加速。2020 年中国大陆 CMP 设备市场绝大部分高端 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;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。据公司招股说明书中长江存储、华虹 无锡、上海华力一二期项目、上海积塔公布的 CMP 设备采购结果,2019-2021 年华海清 科占比分别为 21%、40%、44%,市占率不断提升。按照 SEMI 数据计算可得,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%。
逻辑芯片向先进制程升级、存储芯片的层数增多都将增加 CMP 工艺步骤。Cabot Microelectronics 数据显示,250nm 制程的逻辑芯片 CMP 工艺步骤为 8 步,7nm 制程下 则提升至 30 步;传统的 2D NAND 中 CMP 需要 7 步,而 3D NAND 中达 14-15 步,且根 据安集科技 2021 年年度报告,在 3D NAND 从 64 层迭代到 196 层及以上的过程中,CMP 步骤从可增至超过 20 步。