來源：每日財報
作者：劉雨辰
目前拋光材料細分市場國產化率不足15％，國產替代需求強烈
《每日財報》近期持續推出了半導體系列專題文章，本篇文章繼續聚焦另一大半導體材料——CMP拋光材料，CMP材料在半導體製造材料中佔比7％。
分地區來看，目前大陸半導體材料市場規模在全球的佔比為16％，僅次於中國臺灣和韓國，為全球第三大半導體材料區域。隨著半導體市場不斷放量以及工藝製程不斷複雜，全球CMP拋光材料市場也不斷增長。
化學機械拋光（CMP）技術是晶圓製造的必須流程之一，對高精度、高性能晶圓的製造至關重要。晶圓製造主要包括7大流程，分別是擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、化學機械拋光（CMP）、金屬化。與傳統的純機械或純化學的拋光方法不同，CMP工藝是通過表面化學作用和機械研磨的技術結合來實現晶圓表面微米/納米級不同材料的去除，從而達到晶圓表面的高度（納米級）平坦化效應，使下一步的光刻工藝得以進行。
拋光材料的組成
CMP工藝過程中所採用的設備及消耗品包括：拋光機、拋光液、拋光墊、後 CMP清洗設備、拋光終點檢測及工藝控制設備、廢物處理和檢測設備等。其中 CMP材料主要包括拋光液、拋光墊、調節器、CMP清洗以及其他等耗材，而拋光液和拋光墊佔CMP材料細分市場的80％以上，是CMP工藝的核心材料，所以我們本篇文章主要聚焦這兩個細分材料市場。
拋光液是CMP技術中的決定性要素之一，其性能直接影響被加工工件表面的質量以及拋光加工的效率。拋光液對拋光過程所產生的影響體現在物理作用與化學作用兩個方面。在物理作用方面，拋光液中的磨料對工件表面材料進行機械去除，拋光液對拋光區域進行潤滑以減小摩擦，並且能夠吸收加工過程所產生的熱量，使加工區域恆溫。另外，流暢的拋光液流動能夠有效帶走拋光過程所產生的材料碎屑，防止劃傷工件表面；在化學作用方面，常使用能夠對被拋光材料進行微量化學反應的化學物質作為拋光液組分，對拋光工件表層材料進行軟化和腐蝕，從而輔助機械材料去除過程。通常根據被加工材料以及所選用的拋光墊材質對拋光液成分進行配置。
常用的拋光液一般分為二氧化矽拋光液、鎢拋光液、鋁拋光液和銅拋光液。其中銅拋光液主要應用於 130nm 及以下技術節點邏輯晶片的製造工藝，而鎢拋光液則大量應用於存儲晶片製造工藝，在邏輯晶片中用量較少。以銅拋光液為例，其主要由腐蝕劑、成膜劑和納米磨料組成。腐蝕劑用來腐蝕溶解銅表面，成膜劑用於形成銅表面的鈍化膜，鈍化膜的形成可以保護腐蝕劑的進一步腐蝕，並可有效地降低金屬表面硬度。除此之外，拋光液中經常被添加入一些化學試劑用以調節其 pH 值，從而為拋光過程的化學反應提供一定的酸鹼性環境，確保化學反應能順利、高效地進行。
集成電路工藝的進化帶來了對拋光液的各種新需求，以邏輯晶片為例，14納米以下的邏輯晶片工藝要求的關鍵CMP工藝將達到20步以上，使用的拋光液數量將從90納米時的五六種增加到二十種以上，7納米及以下邏輯晶片工藝中CMP拋光步驟甚至可能達到30步，使用的拋光液種類接近三十種。而存儲晶片由2D NAND向3D NAND的技術變革，也會使CMP拋光步驟數近乎翻倍，由此也造成市場規模在不斷擴大。
在化學機械拋光過程中，拋光墊具有儲存和運輸拋光液、去除加工殘餘物質、維持拋光環境等功能。目前的拋光墊一般都是高分子材料，如合成革拋光墊、聚氨醋拋光墊、金絲絨拋光墊等，其表面一般含有大小不一的孔狀結構，有利於拋光漿料的存儲與流動。
拋光墊的性能受其材料特性、表面組織、表面溝槽形狀及工作溫度等因素的影響。在這些影響因素中，拋光墊的表面溝槽形狀及寸是拋光墊性能的關鍵參數之一，它直接影響到拋光區域內拋光液的分布和運動，並且影響拋光區域的溫度分布。拋光墊也是一種耗材，必須適時進行更換，長時間不更換的拋光墊，被拋光去除的材料殘餘物易存留在其中會對工件表面造成劃痕，同時拋光後的拋光墊如果不及時清洗，風乾後粘結在拋光墊內的固體會對下一次拋光質量產生影響。
拋光材料的世界格局
還是延續上文的思路，重點介紹拋光液和拋光墊的市場格局。從拋光材料誕生以來，全球化學機械拋光液市場就主要被美國和日本企業所壟斷，具體包括美國的Cabot、Versum、Dow 和日本的Hitachi、Fujimi。其中，Cabot全球拋光液市場佔有率最高，但是市場份額卻在不斷下滑，從2000年的約80％下降至2018年約36％，並沒有形成強者恆強的格局，表明全球拋光液市場正朝向多元化發展，地區本土化自給率不斷提升。國內企業中的安集科技成功打破國外廠商的壟斷，率先實現進口替代，使中國在該領域擁有了自主供應能力，但佔比僅有2％，還沒有形成全球競爭實力。
目前全球生產晶片拋光墊的企業主要是陶氏，其壟斷了集成電路晶片領域所需要拋光墊的近80％的市場份額。此外，Cabot、Thomas West、FOJIBO、JSR等也可生產部分晶片用拋光墊。
本土企業中在拋光液和拋光墊領域各關注一家公司——安集科技和鼎龍股份。其中安集科技的產品包括不同系列的化學機械拋光液和光刻膠去除劑，主要應用於集成電路製造和先進封裝領域，而化學機械拋光液是公司的核心業務，營收佔比 80％左右。目前公司在 130-14nm 技術節點實現規模化銷售，10-7nm 技術節點產品正在研發中，打破了國外廠商對集成電路領域化學機械拋光液的壟斷，實現了進口替代，在半導體材料行業取得了一定的市場份額和品牌知名度，是國內CMP拋光液領域毋庸置疑的龍頭，積累了眾多優質客戶資源，包括中芯國際、臺積電、長江存儲等。從未來的發展空間來看，全球CMP拋光材料市場約22億美元，而安集科技2019年這一細分領域的收入規模僅 2.36 億元人民幣，這和中國第三大半導體材料市場的規模顯然不匹配，未來國產替代仍有非常大的成長空間。
湖北鼎龍控股股份有限公司創立於2000年，以電荷調劑、聚合碳粉等產品起家，逐步做強做大。公司2013年立項 CMP 拋光墊，並被納入了「02」專項，負責中芯國際子課題20-14nm 技術節點CMP拋光片產品的研發任務。從2019 年開始公司CMP拋光墊產品快速放量，業務拐點曙光初現，2019全年，公司的CMP墊營收約1233萬元。2020年CMP拋光墊產品已經導入國內領先下遊存儲晶片、功率晶片以及邏輯晶片等重要晶圓製造商，其中公司的28nm 以上8英寸拋光墊獲得國內存儲大廠商量產訂單。一季報顯示，公司Q1的拋光墊營收為809萬元，已完成去年全年的65％。根據全球CMP材料領先企業Cabot市場預估，預計未來全球CMP市場複製增長率約6％。隨著未來國內晶圓廠大幅投產，測算預計未來5年中國CMP墊市場規模增速可超10％，至2023年可達約4.40億美金。
公開資料顯示，中國純晶圓代工市場規模增速全球最高，高達到41％，市場規模增長至106.9億美元，已經成為全球第二大晶圓代工市場。2018-2019年，中國新建晶圓廠數量達到高峰，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，帶動中國市場對上遊半導體材料的需求。相對國內市場晶圓製造材料的巨大需求，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，後期逐步導入國內產業鏈的公司將有望迎來業績的爆發，感興趣的朋友可以持續追蹤。