半导体CMP核心材料国产化替代趋势分析课件.pptx

1、内内容容目目录录CMP 是是集集成成电路电路制制造关键造关键制制程程，抛光垫抛光垫是是核心核心耗耗材材 5平坦化要求日趋复杂平坦化要求日趋复杂，CMP 为集成电路制造关键制程为集成电路制造关键制程 5抛光垫决抛光垫决定定 CMP 基础效果，重要性持续提升基础效果，重要性持续提升 9CMP 抛抛光垫具有技术、专利光垫具有技术、专利、客户体系等较高行业壁客户体系等较高行业壁垒垒 10 海海外龙头外龙头基基本垄本垄断断全球全球抛抛光垫光垫市市场场 15 抛光垫行业集中较高，被海外龙头高度垄断抛光垫行业集中较高，被海外龙头高度垄断 15契机已来，国内晶圆制造崛起，将重塑国产半导体产业链契机已来，国内晶

2、圆制造崛起，将重塑国产半导体产业链 15 替代开启，抛光垫国产化开启主成长周期替代开启，抛光垫国产化开启主成长周期 17CMP 半半导导体体材料材料国国产替代产替代公公司司梳梳理理 19鼎龙股份鼎龙股份：CMP 抛光垫打破国外垄断，迎抛光垫打破国外垄断，迎来来 1-N 跨越式发展跨越式发展 19安集科技安集科技：CMP 抛光液处于国内领先地位抛光液处于国内领先地位 20 江丰电子：积极布江丰电子：积极布局局 CMP 部件领域部件领域 2012图图表表目录目录图图 1：化化学机学机械械抛光抛光实实物图物图 5图图 2：化化学机学机械械抛光抛光示示意图意图 5 图图 3：未未使用使用 CMP 和和

3、使用使用 CMP 效果效果模拟模拟对对比比 5 图图 4：集集成成电路中电路中 CMP 工艺工艺位位置置 5 图图 5：CMP 发发展展历程历程 6 图图 6：不不同产同产品品对应的对应的 CMP 工工艺艺及步骤及步骤需需求求 7 图图 7：SiO2 绝绝缘缘膜膜 CMP（没没有有停止层）停止层）8 图图 8：层层间绝缘膜间绝缘膜 CMP（有停有停止止层）层）8 图图 9：浅浅沟槽隔离沟槽隔离 CMP 8 图图 10：多：多晶晶硅硅 CMP 8 图图 11：金属膜金属膜 CMP 流程流程 8 图图 12：晶：晶圆圆制造制造材材料细料细分分占比占比 9 图图 13：CMP 材材料料细细分占比分占

4、比 9 图图 14：CMP 工工艺艺变变化趋势：化趋势：抛抛光垫重光垫重要要性提升性提升 10 图图 15：CMP 中中抛抛光光原理原理 10 图图 16：抛：抛光光垫工垫工作作原理原理 10 图图 17：全：全球球区域区域 PAD 类类相关相关专专利分布利分布 11 图图 18：中：中国国及国及国际际近年近年来来抛光抛光垫垫专利申专利申请请量对比量对比 11 图图 19：全：全球球范围范围内内专利专利权权利引利引用用次数次数 11 图图 20：鼎：鼎龙龙股份股份及及子公子公司司拥有拥有抛抛光垫相光垫相关关专利专利情情况况 12 图图 21：惰：惰性性气体气体成成孔示孔示意意图图 13 图图

5、22：惰：惰性性气体气体成成孔主孔主要要流程流程要要点点 13 图图 23：IC1000 的孔的孔隙隙率率 13 图图 24：IC1010 的孔的孔隙隙率率 13 图图 25：XY 网网格格状沟状沟槽（槽（IC1000）14 图图 26：同：同心心圆状圆状沟沟槽槽（IC1010）14 图图 27：抛：抛光光垫产垫产品品导入导入简简要流要流程程图图 14 图图 28：公司：公司 CMP 竞竞争争格局格局 15 图图 29：大大陆陆区域晶区域晶圆圆厂运营厂运营主主体的目体的目标标产产能能(万片万片/月月)16 图图 30：大大陆陆区域晶区域晶圆圆厂项目厂项目建建设梳理设梳理一一览览 16 图图 3

6、1：主主流流晶圆产晶圆产能能目标目标 16 图图 32：大大陆陆区域主区域主要要晶圆厂晶圆厂产产能目标能目标汇汇总总(万万片片/月月)17 图图 33：国：国产产替代替代路路径径 18 图图 34：全全 球球 及及 国国 内内 CMP 市市 场场 规规 模模 18 图图 35：鼎鼎 龙龙 股股 份份 2015-2019(E)年年 营营 收收 及及 净净 利利 润润 趋趋 势势(亿亿 元元)19 图图 36：鼎鼎 龙龙 股股 份份 产产 品品 营营 收收 及及 占占 比比(2019E)19 图图 37：安安 集集 科科 技技 2016-2019(E)年年 营营 收收 及及 净净 利利 润润 趋趋

7、 势势(亿亿 元元)20 图图 38：安安 集集 科科 技技 2016-2019(E)年年 毛毛 利利 率率 及及 净净 利利 率率 趋趋 势势 20 图图 39：江江 丰丰 电电 子子 2015-2019(E)年年 营营 收收 及及 净净 利利 润润 趋趋 势势(亿亿 元元)20 图图 40：江江 丰丰 电电 子子 2015-2019(E)年年 毛毛 利利 率率 及及 净净 利利 率率 趋趋 势势 20表表 1：抛抛光工光工艺艺对比对比 6 表表 2：CMP 抛抛光光效果评效果评判判标准标准显显现抛光现抛光垫垫决定决定基基础抛础抛光光性能性能 9 表表 3：不不同抛同抛光光垫材垫材料料参数对

8、比参数对比 13CMP 是集成电是集成电路路制制造造关关键键制制程程，抛抛光光垫垫是是核核心心耗材耗材平坦化平坦化要要求日趋求日趋复复杂杂，CMP 为集成电路为集成电路制制造关造关键键制程制程CMP 全称为 Chemical Mechanical Polishing，即化学机械抛光，是普通抛光技术 的高端升级版本。集成电路制造过程好比建房子，每搭建一层楼层都需要让楼层足 够水平齐整，才能在其上方继续搭建另一层楼，否则楼面就会高低不平，影响整体 可靠性，而这个使楼层整体平整的技术在集成电路中制造中用的就是化学机械抛光 技术。CMP 是通过纳米级粒子的物理研磨作用与抛光液的化学腐蚀作用的有机结合，

9、对 集成电路器件表面进行平滑处理，并使之高度平整的工艺技术。当前集成电路中主 要是通过 CMP 工艺，对晶圆表面进行精度打磨，并可到达全局平整落差 100A。1000A。（相当于原子级 10100nm）超高平整度。而未经平坦化处理，晶片起伏 随着层数增多变得更为明显，同层金属薄膜由于厚度不均导致电阻值不同，引起电 致迁移造成电路短路。起伏不平的晶片表面还会使得光刻时无法准确对焦，导致线 宽控制失效，严重限制了布线层数，降低集成电路的使用性能。图图 1：化化学机学机械械抛光抛光实实物图物图图图 2：化化学机学机械械抛光抛光示示意图意图资料来源:3M 官网、国信证券经济研究所整理资料来源:百度、国

10、信证券经济研究所整理图图 3：未未使用使用 CMP 和和使用使用 CMP 效果效果模拟模拟对对比比图图 4：集集成成电路中电路中 CMP 工艺工艺位位置置未未使用使用 C M P使用使用 C M P资料来源:百度文库、国信证券经济研究所整理资料来源:百度文库、国信证券经济研究所整理3摩尔定摩尔定律律下下，代代工工制程制程节节点点不断缩小不断缩小，布线布线层层数数持持续增续增加加，CMP 成为关成为关键键制程制程。1991 年 IBM 公司首次成功地将 CMP 技术应用到动态随机存储器的生产以来，随 着半导体工业踏着摩尔定律的节奏快速发展，芯片的特征尺寸持续缩小，已发 展至 57nm。CMP 已

11、成功用于集成电路中的半导体晶圆表面的平面化。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。图图 5：CMP 发发展展历程历程资料来源:SMIC、国信证券经济研究所整理随着特征尺寸的缩小，以及布线层数增长，对晶圆平坦化精度要求不断增高，普通的化学抛光和机械抛光难以满足在当前集成电路 nm 级的精度要求，特别是目前对于 0.35um 制程及以下的器件必须进行全局平坦化，CMP 技术能够全 局平坦化、去除表面缺陷、改善金属台阶覆盖及其相关可靠性，从而成为目前 最有效的抛光工艺。表表 1：抛抛光工光工艺艺对比对比抛光抛光工艺工艺特点特点化学抛光

12、表面精度较高，损伤低，完整性好，不容易出现表面/亚表面损伤，但研磨速率较慢，材料去除效率较低，不能修正表面型面精度，研 磨一致性比较差机械抛光研磨一致性好，表面平整度高，研磨效率高容易出现表面层/亚表面层损伤，表面粗糙度值比较低CMP。吸收了化学抛光和机械抛光的优点，目前 CMP 工艺能够在保证材料去除效率，并获得全局平整落差100A（相当于 10nm 原子级别）超高平整度。资料来源:公开资料整理、国信证券经济研究所整理4CMP 主要运主要运用用在在在在单单晶晶硅硅片抛片抛光光及及多层多层布布线金线金属属互互连连结构工结构工艺艺中的中的层层间平间平坦坦化。化。集成电路制造需要在单晶硅片上执行一

13、系列的物理和化学操作，同时随着 器件特征尺寸的缩小，需要更多的生产工序，其中 90nm 以下的制程生产工艺 均在 400 个工序以上。就抛光工艺而言，不同制程的产品需要不同的抛光流程，28nm 制程需要1213 次CMP，进入10nm 制程后CMP 次数将翻倍，达到2530次。图图 6：不不同产同产品品对应的对应的 CMP 工工艺艺及步骤及步骤需求需求资料来源:知乎、国信证券经济研究所整理单晶硅单晶硅片：片：硅片在经历拉晶、切割和研磨之后，需要进行通过化学腐蚀减薄，此 时粗糙度达到 1020um 左右，再进行一系列粗抛光、细抛光、精抛光等步骤，可将粗糙度控制在几十个 nm 以内，这样表面才可以

14、达到集成电路的要求。多层多层金金属布线层属布线层：集成电路元件采用多层立体布线后，光刻工艺中对解析度和 焦点深度（景深）的限制越来越高，因此需要刻蚀的每一层都需要有很高的全 局平整度，即要求保证每层全局平坦化，通常要求每层的全局平整度不大于特 征尺寸的 2/3。12 寸大硅片在加工过程中出现的非均匀效应、翘曲形变效应，使 得 CMP 工艺在解决平坦化问题上尤为重要。多层布线条件下，任何一层导线和绝 缘介质的厚度变化都会影响整颗芯片的电学稳定性，只有在 CMP 工艺下才能将其 厚度变化控制在纳米级别范围。同时，CMP 可以免除由于介质层台阶所需的过曝 光、过显影、过刻蚀，在一定程度上减少了缺陷密

15、度、提高了制程良率。CMP 平坦化平坦化工工艺使艺使用用的的环环节节包包括括：氧氧化化硅薄硅薄膜膜、层层间间绝缘绝缘膜膜（ILD）、浅浅沟槽沟槽隔隔 离离（STI）、多、多晶晶硅和硅和金金属属膜膜（如如 Al，Cu）等。等。CMP 技术最早使用在氧化硅抛光中，是用来进行层间介质（ILD）的全局平坦 的，在半导体进入 0.35m 节点之后，CMP 更广泛地应用在金属钨、铜、多 晶硅等的平坦化工艺中。随着金属布线层数的增多，需要进行 CMP 抛光的步 骤也越多。下文举例说明集中 CMP 工艺的不同特点：氧氧化硅化硅薄薄膜膜的的 CMP：氧化硅多应用于做绝缘膜或隔离层，因此氧化硅层的平整度 将影响往

16、后数层的制造、导线的连接及定位的工作。通常氧化硅层多以 CVD（化 学汽相沉积）的方法沉积，因此会有过多的堆积层需要以 CMP 的方式去除，此过 程没有明显的停止终点，以去除薄膜的厚度为标准，只需达到平整度要求即可。层层间绝间绝缘缘膜膜的的 CMP：在层间绝缘膜的平整化方面，抛光对象有电浆辅助化学汽相 沉积膜、硼磷硅玻璃及热氧化膜等。每一种对象的 CMP 抛光条件都随着抛光液种 类、抛光压力与抛光时间而有所不同。在对不同特性的绝缘膜抛光时，大多以监测5抛光终点来判定完成与否。图图 7：SiO2 绝绝缘缘膜膜 CMP（没没有有停止层）停止层）图图 8：层层间绝缘膜间绝缘膜 CMP（有停有停止止层

17、）层）资料来源:知网、国信证券经济研究所整理资料来源:知网、国信证券经济研究所整理浅浅沟槽沟槽隔隔离离的的 CMP：在在硅晶片上经蚀刻形成沟槽后，利用 CVD 方式沉积氧化硅 膜，再用 CMP 去除未埋入沟槽中的氧化硅膜，并以抛光速度相对缓慢的（如氮化 硅膜）作为 CMP 的抛光停止层即终点，此时沟槽内的氧化硅即成为电路中的绝缘 体膜。多多晶硅晶硅的的 CMP：将 STI 过程的沟槽加深，以 CVD 方式沉积氧化硅或氮化硅后，再以多晶硅作为堆积材料，用 CMP 去除深沟外多余的多晶硅，并以在硅晶片上及 沟槽内长成的氧化硅或氮化硅膜作为 CMP 的抛光停止层即终点，此方法常见于沟 槽电容的制造过

18、程中。图图 9：浅浅沟槽隔离沟槽隔离 CMP图图 10：多多晶晶硅硅 CMP资料来源:知网、国信证券经济研究所整理资料来源:知网、国信证券经济研究所整理金金属膜属膜的的 CMP：在半导体工艺中常用作导线的金属有铝、钨、铜，CMP 除了能将 金属导线平整化以外，还能制作（两层电路）导线间连接的“接触窗”，即在两层 电路间的绝缘膜上蚀刻出接触窗的凹槽，再以 CVD 方式将用作导线材料的金属沉 积其中，最后再以 CMP 去除多余的金属层。图图 11：金属膜金属膜 CMP 流程流程资料来源:公司公告、国信证券经济研究所整理6抛光垫决抛光垫决定定 CMP 基础基础效效果果，重，重要要性持续性持续提提升升

19、CMP 主主要要由抛由抛光光垫、垫、抛抛光液光液、调节调节器器等部等部分分组成组成。化学机械抛光技术是化学作用 和机械作用相结合的组合技术，旋转的晶圆以一定的压力压在旋转的抛光垫上，抛 光液在晶圆与抛光垫之间流动，并产生化学反应。晶圆表面形成的化学反应物由漂 浮在抛光液中的磨粒通过机械作用将这层氧化薄膜去除，在化学成膜和机械去膜的 交替过程中实现超精密表面加工。从价值从价值量量占比占比可可以看以看到到，CMP 材料是材料是芯芯片制片制造造的核的核心心耗材耗材，占占芯片芯片制制造成造成本约本约7%，其中抛光垫其中抛光垫价价值量值量占占 CMP 耗材耗材的的 33%左右左右。拆解晶圆制造成本进行，

20、CMP材料占比较大，约为 6.7%。价值量与光刻胶相近。其中抛光液和抛光垫是最核 心的材料，占比分别为 49%和 33%。抛抛光垫光垫决决定定了了 CMP 工工艺艺的的基基础抛础抛光光效效果果，并并结结合设备合设备操操作过作过程程、硅硅片片、抛光抛光液液等等 因因素素，共共同同影影响响 CMP 抛抛光结光结果果和效和效率率。我们一般从平均磨除率、平整度和均匀性、选择比和表面缺陷四个维度来评判抛光效果。为了更好控制抛光过程，需要详细了 解 CMP 系统中参数所起的作用以及它们之间微妙的交互作用。其中，抛光垫的物 理化学等性能在 CMP 工艺中发挥了重要的作用。表表 2：CMP 抛抛光光效果评效果

21、评判判标标准准显显现抛光现抛光垫垫决定决定基基础抛础抛光光性能性能标准标准解释解释说明说明平均磨除率在设定时间内磨除材料的厚度平整度和均匀性平整度是硅片某处 CMP 前后台阶高度之差占 CMP 之前台阶高度的百分比选择比对不同材料的抛光速率是影响硅片平整性和均匀性的重要因素表面缺陷CMP 工艺造成的硅片表面缺陷包括擦伤或沟、凹陷、侵蚀、残留物和颗粒污染设备过程变量作用压力 P、硅片和抛光垫之间的相对速度、抛光时间、抛光区域温度及分布硅片表面应力分布、图案密度、形状抛光液化学性质、成分、ph 值；粘度、温度、供给速度；磨粒尺寸、分布、硬度、形状抛光垫材料、密度、物理化学性质；硬度、厚度、粗糙度；

22、结构、表面形态、稳定性资料来源:中国知网、国信证券经济研究所整理抛光垫抛光垫的的自身自身硬硬度、度、刚刚性性、可压缩可压缩性性等机等机械械物理物理性性能能对对抛光质抛光质量量、材、材料料去除去除率率和抛光和抛光垫垫的寿的寿命命有着有着明明显显的的影响影响。抛光垫的硬度决定了其保持形状精度的能力。采用硬质抛光垫可获得较好工件表面的平面度,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。抛光垫的可压缩性决定抛光过程抛光垫与工 件表面的贴合程度,从而影响材料去除率和表面平坦化程度。可压缩性大的抛 光垫与工件的贴合面积小,材料去除率高。图图 12：晶晶圆圆制造制造材材料细料细分分占比占比图图

23、 13：CMP 材材料料细细分占比分占比金属靶材工艺化2%其他10%学品光刻胶硅片5%5%38%CMP抛光材料7%掩膜版光刻胶辅13%助材料电子特气7%13%清洁剂其他调节器 5%4%9%抛光液 49%抛光垫33%资料来源:SEMI、国信证券经济研究所整理资料来源:SEMI、国信证券经济研究所整理7目前最新趋势，国际先进厂家在 3D-Nand 等更高要求的生产环节中应用固定研 磨颗粒的抛光垫，其产品融合了原本存在于抛光液的抛光颗粒，显现抛光垫重 要性进一步提高。图图 14：CMP 工工艺艺变变化趋势：化趋势：抛抛光垫重光垫重要要性提升性提升资料来源:公司公告、国信证券经济研究所整理CMP 抛光

24、垫具有技抛光垫具有技术术、专专利、客利、客户户体系等体系等较较高行高行业业壁壁垒垒CMP 抛光垫抛光垫具具有较有较高高技技术术要求要求、持持续较续较大大资金资金投投入入、核核心心客客户户认证认证体体系系是是主要主要 进入壁垒进入壁垒。对于行业现有龙头企业而言，为了打击后发企业的竞争优势，往往 会发挥市场垄断支配地位，通过采取差异性定价策略锁定下游晶圆厂的长期合 同，从而建立自身的行业护城河。抛光垫抛光垫是是 CMP 工艺工艺中中重重要要耗耗材材。聚胺脂有像海绵一样的机械特性和多孔吸水 特性，具有良好的耐磨性、较高的抛光效率,在集成电路晶圆的 CMP 中应用 非常广泛。主要型号有 IC1000、

25、IC1400、IC2000、SUBAIV 等，其中 IC1000 和 SUBAIV 是用得最广的。抛光垫表面包括一定密度的微凸峰，也有许多微孔，不仅可以去除硅片表面材料，而且还起到存储和运输抛光液、排除抛光过程产 物的作用。垫上有时开有可视窗，便于线上检测。抛光垫是 CMP 工艺中重要 的耗材，同时需要定时整修。图图 15：CMP 中中抛抛光光原理原理图图 16：抛抛光光垫工垫工作作原理原理资料来源:鼎龙股份、国信证券经济研究所整理资料来源:CNKI、国信证券经济研究所整理国产抛国产抛光光垫最垫最大大的痛的痛点点之之一一在于专在于专利利技术技术积积累较浅累较浅。日本、日本、美美国在国在抛抛光垫

26、光垫领领域域技技术积累术积累较较厚厚实实，中国中国排名第排名第 5。据集成电路制造 业用高分子聚合物抛光垫专利分析一文统计，截至 2017 年，在全球 2918 个 专利中，有效专利约 1511 个，而其中日本有效专利占比达 41%，美国有效专 利占比达 33%，分别位居第一第二，中国近年来有所提升，有效专利数占比达16%。CMP步骤步骤1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017气相二氧化硅Fumed silica硅胶Colloidal silica湿式氧化铈wet ceria酸式Acidic电介质Dielectric

27、s矾土Alumina气相二氧化硅 Fumed silica胶体二氧化硅 Colloidal silica硝酸铁Ferric nitrate过氧化物Peroxide碘酸盐Iodate气相法二氧化硅 Fumed silica胶体二氧化硅 Colloidal silica酸性中性Acidic neutral无颗粒Particle-free钽Ta钴Co钌Ru无颗粒Particle-free自停Self-stopping变化变化电解质钨铜阻隔层新系统抛 光 垫 技 术 已 发 展 固 定 颗 粒 形态，逐步逐步 在在 3D-NAND产产 品品 生生 产产 环节应用环节应用8图图 17：全全球球区域区域

28、PAD 类类相关相关专专利分布利分布资料来源:集成电路制造业用高分子聚合物抛光垫专利分析、国信证券经济研究所整理图图 18：中中国国及国及国际际近年近年来来抛光抛光垫垫专利申专利申请请量对比量对比资料来源:万方数据库、国信证券经济研究所整理海外抛海外抛光光垫龙垫龙头头企业企业罗罗门门哈哈斯（斯（被被陶陶氏收氏收购购）拥）拥有有较较多多和和 CMP PAD 相关的相关的高高 质量及质量及基基础专础专利利。截止 2017 年 9 于月，通过代表专利质量指标的引用次数指标显现，罗门哈斯的专利被引用次数在全球范围内所有申请人中最多，达 451 次，其总计拥有 201 个抛光垫的设计和制造方面的专利族，

29、154 个抛光垫在抛 光方面的应用专利，123 个抛光层方面的专利族，8 个抛光垫表面的专利族。陶陶氏氏 2009 年收购罗门年收购罗门哈斯哈斯后后，进进一一步巩步巩固固了了抛抛光光垫垫市市场份额场份额。预估目前陶氏20 英寸抛光垫占据国内 85%左右的市场份额，30 英寸抛光垫的市占率则更高。国内企业在化学机械抛光领域起步较晚，仅有以鼎龙股份为代表的企业少量生 产中低端产品。图图 19：全全球球范围范围内内专利专利权权利引利引用用次数次数资料来源:集成电路制造业用高分子聚合物抛光垫专利分析、国信证券经济研究所整理国内抛国内抛光光垫领垫领先先企业企业鼎鼎龙龙股股份份，2019 年共拥有专年共拥

30、有专利利 555 项，其中项，其中抛抛光垫光垫制造制造 及工艺及工艺相相关发关发明明及创及创新新有有效效专利专利约约 54 项，项，与海外企业具有一定差距。优先权地优先权地区区总数总数/个个有效有效无效无效授权授权放弃放弃撤销撤销申请中申请中过期过期数量数量/个个占比占比/%数量数量/个个占比占比/%数量数量/个个占比占比/%数量数量/个个占比占比/%数量数量/个个占比占比/%数量数量/个个占比占比/%数量数量/个个占比占比/%日本1 0 5 36 1 758.64 3 641.44 4 342.1 2 6 124.8 1 6 515.71 7 416.51 00.9美国7 1 14 9 26

31、9.22 1 930.84 3 661.3 1 4 921.03 44.85 67.93 65.1韩国3 7 62 4 665.41 3 034.61 1 731.1 1 6 543.97 018.61 33.51 12.9世界知识产权组织3 3 92 8 584.15 415.92 5 474.92 47.12 57.43 19.151.5中国2 4 42 0 282.84 217.21 5 262.32 08.21 04.15 020.51 24.9中国台湾1 4 91 1 275.23 724.88 758.43 322.110.72 516.832.010617916776333148

32、21200180160140120100806040200820152016201720182019国际专利中国专利9以主要应用在 300mm 晶圆方面的开窗口的抛光垫为例，专利被美国应用材料 公司占有，国内仅陶氏获得授权生产及销售。而鼎龙为代表国内厂商从无窗口200mm 抛光垫入手，依靠成本优势和优质服务来开拓市场，进而积累技术水平 向高端领域进军。图图 20：鼎鼎龙龙股份股份及及子公子公司司拥有拥有抛抛光垫相光垫相关关专利专利情情况况资料来源:公司公告、国信证券经济研究所整理二、从二、从技技术壁术壁垒垒上看上看，抛抛光光垫垫技术技术难难点在点在需需要持要持续续试试错错，找到，找到合合适材适

33、材料料配方配方、稳定制稳定制作作工艺工艺及及设计设计图图案案，从而获从而获得得较好较好的的、稳、稳定定的的抛抛光速率光速率和和抛光抛光效效果果。企业研究 CMP 耗材时间成本较高，可能需要较长时间来试错摸索工艺指标、产品配方等对物理参数及性能的影响结果，形成较深的 Knowhow 壁垒。以抛光垫为例，由于抛光垫通常物理指标包含硬度、刚性、韧性、弹性模量、剪切模量、密度、可压缩性等各项机械指标，综合影响抛光效果，而如果结合 考虑材料选择、温度选择、固化时长、搅拌时长等工艺步骤控制，按照按照三三元变元变 量简单量简单推推算其算其理理论方论方案案可可能能性至少性至少在在数万数万次次至数至数百百万万次

34、次试验级别试验级别，因此对于企 业而言需要较长时间来试错摸索工艺指标、产品配方等对物理参数及性能的影 响结果。衡量抛衡量抛光光垫性垫性能能指标指标有有较较多多，各项各项物物理指理指标标综合综合影影响响抛抛光效果，其中光效果，其中相相对关对关键键 的指标的指标在在于于孔孔隙隙率、率、孔孔隙隙均均匀性等匀性等，其对其对抛抛光垫光垫的的各各项项物理性物理性能能指标指标及及批次批次一一 致性影致性影响响程度程度较较大大。衡量抛光垫的技术指标主要包含硬度、刚性、韧性、弹性 模量剪切模量、密度、可压缩性等机械物理性能。而其中由于抛光垫在材料配 方一定的情况下，孔隙生成的密度和均匀性包含物理、化学及热处理等

35、将直接 影响各项抛光垫的物理指标。目前孔隙生成方式包括惰性气体成惰性气体成孔孔、预预聚聚物和物和糖糖类类物物质质反应反应成成孔等孔等。但其具 体生产工艺生产工艺控控制、制、化化学材学材料料选择、选择、配配方配方配比比、图、图形形设设计计等涉及大量 Knowhow。10由于涉由于涉及及到设到设计计及工及工艺艺需需要要企业长企业长期期的实的实践践和摸和摸索索，抛抛光光垫垫各各系系列产列产品品参数参数及及 稳定性稳定性需需要长要长期期积积累累。举例来，对比 IC1000 和 IC1010，可以看到，不同孔隙率，硬度，粗糙度均对 抛光效果产生不同影响，同时配合沟槽调整综合调整抛光效果。表表 3：不不同

36、抛同抛光光垫材垫材料料参数对比参数对比硬度硬度（Shore D）密度密度/g*cm-3孔隙率孔隙率/%孔径孔径/um可压可压缩缩性性/%粗糙度粗糙度/umIC1000600.8248%401.63.514IC1010570.7561.4%401.94.853资料来源:中国知网、国信证券经济研究所整理对比 IC1000 和 IC1010 两种规格的抛光垫，两种抛光垫表面的微孔直径都在40um 左右，其他物理化学参数大多相似，其中 IC1000 的孔隙率为 48%，IC1010的孔隙率为 61.4%。图图 23：IC1000 的孔的孔隙隙率率图图 24：IC1010 的孔的孔隙隙率率资料来源:百度

37、、国信证券经济研究所整理资料来源:百度、国信证券经济研究所整理比较显比较显现现，抛抛光光垫的垫的孔孔隙隙率率越高和越高和粗粗糙度糙度越越大，大，其其携携带带抛光液抛光液的的能力能力越越强强。抛光垫越粗糙，则材料去除率增大，这是因为表面粗糙度高的抛光垫与工件表面 的接触面积减小,而且粗糙的抛光垫表面可储存更多的抛光液,因此作用在单 颗磨粒上的力增大,单颗磨粒的去除材料体积增大。抛光垫使用后会产生变形，表面变得光滑，孔隙减少和被堵塞，使抛光速率下降，必须进行修整来恢复其 粗糙度，改善传输抛光液的能力，一般采用钻石修整器修整。抛光垫抛光垫的的沟槽沟槽图图形设形设计计，也也是影响是影响抛抛光性光性能能

38、的核的核心心指指标标。抛光垫沟槽的设计影 响着抛光垫储存、运送抛光液的能力和表面局部应力梯度。抛光垫表面结构有 平整型和带有不同沟槽型的。抛光垫抛光垫表表面适面适度度开槽开槽后后,储储存存、运送运送抛抛光液光液的的能力能力显著显著增增强强,磨料分布磨料分布更更均匀均匀、工工 件表面件表面剪剪切应切应力力高高，因因此此抛抛光效率光效率和和质量质量都都得到得到提提高。高。抛光垫表面上的槽本身 起着类似于均匀分布磨粒的作用,它通过增加剪切应力保证材料去除率。抛光垫图图 21：惰惰性性气体气体成成孔示孔示意意图图图图 22：惰惰性性气体气体成成孔主孔主要要流程流程要要点点一种C M P加工流程要点惰性

39、气体成孔(a)使抛光层形成用材料中包含有机微粒形成 用单体，并通过在进行搅拌后使所述单 体聚合，来形成所述有机微粒并使其分散；(b)将选自由能够控制孔尺寸的惰性气体、胶 囊型发泡剂和化学发泡剂组成的组中的 至少 一种与(a)中的所述混合物混合，以形成气 孔；(c)对(b)中生成的所述混合物进行凝胶化和硬 化，以形成抛光层；和(d)加工所述抛光层，以使通过打开气孔而 限定出的开孔分布在所述抛光层的表面上。资料来源:百度、国信证券经济研究所整理资料来源:百度、国信证券经济研究所整理11表面沟槽形式(平行与垂直交叉型或同心环形)、沟槽形状(V 型、U 型或楔型)、沟槽方向以及沟槽尺寸(深度、宽度和间

40、距)等对磨料的分布和流动、抛光垫的寿 命有着显著的影响。抛光垫沟槽的宽度要适度,太小体现不出开槽效果,太大会使 得抛光效率变小,晶片的粗糙度也变差。抛光垫沟槽的深度对于抛光效果则没有 明显的影响。图图 25：XY 网网格格状沟状沟槽槽（IC1000）图图 26：同同心心圆状圆状沟沟槽槽（IC1010）资料来源:百度、国信证券经济研究所整理资料来源:百度、国信证券经济研究所整理第三，第三，核核心客心客户户认证认证体体系系壁壁垒较垒较高高核心客核心客户户认证认证体体系壁系壁垒垒较较高高，主要，主要由由于抛于抛光光垫对垫对芯芯片片良良率影响率影响较较大，大，但但成本成本占占 比较相比较相对对较较低低

41、，在在稳稳定而定而成成熟熟的的 FAB 厂中厂中，为为确确保保芯芯片良片良率率，一一般般很少很少替替换换原原 有稳定有稳定的的供应商供应商。半导体 Fab 厂具有资本密集和技术密集的属性，对于上游半 导体原材料的稳定性和良品率有极高的要求，因此对于原材料供应商认证门槛 极高、认证周期较长。目前在半导体产业链安全可控的大环境下，国内厂商速 度加快，验证周期缩短到半年左右。图图 27：抛抛光光垫产垫产品品导入导入简简要流要流程程图图资料来源:公司公告、国信证券经济研究所整理12海海外外龙龙头头基基本本垄垄断断全全球球抛抛光光垫垫市市场场抛抛光垫光垫行行业集业集中中较高较高，被海被海外外龙头龙头高高

42、度垄断度垄断CMP 抛光垫抛光垫行行业集业集中中度度极极高高。目前全球 CMP 抛光垫市场格局主要被 Dow、Cabot、Thomas West 等外资厂商垄断，前 5 大公司垄断约 90%市场份额。国 内厂商在 CMP 抛光垫领域具有较为广阔的替代空间。Dow 垄断垄断中中国国近近 90%的的 CMP 抛光垫抛光垫市市场供场供给给，是国是国产替代产替代的的主要主要对对象象。Dow是一家全球领先的化学公司，其 CMP 抛光垫业务来源于对 Rodel 的并购。Dow 侧重 CMP 本身机理研究，改进抛光机制和抛光垫参数，并根据客户的实际需 求从应用层面对现有产品进行改良，目前有多种型号 CMP

43、抛光垫供应亚太、欧洲和北美市场。2005 年 Dow 开始布局亚太地区，2008 年全线投产，是 CMP 抛光垫领域的绝对龙头。契契机已机已来来，国，国内内晶圆晶圆制制造崛造崛起起，将，将重重塑国塑国产产半导半导体体产业产业链链未未来来 3-5 国内晶圆制国内晶圆制造造产产能能将翻将翻番番，国内国内半半导体导体产产业业链链上下游上下游迎迎来重来重要要契契机机。根据我们对于大陆区域晶圆制造的全面梳理，目前大概有 54 个运营主体，共计 94个晶圆厂或产线项目，目前产能平稳运行的有 17 个晶圆厂及产线项目，正在产能 爬坡的有 37 个，未来 3-6 个试生产的 11 个，正在项目基础建设的 9

44、个，另外正 在规划的约 11 个。截止 2019 年底，思想研究院统计我国 12 英寸晶圆制造厂装机产能约 90 万片/月，较 2018 年增长 50%；8 英寸晶圆制造厂装机产能约 100 万片/月，较 2018 年增长10%；6 英寸晶圆制造厂装机产能约 230 万片/月，较 2018 年增长 15%。根据当前 94 个晶圆厂项目规划及目标总计，预计至 2024 年，大陆区域 12 英寸目 标产能达 273.0 万片/月，相比 2019 年增长超过 2 倍，8 英寸目标产能达 187 万片/月，相比 2019 年增长 90%。若这些晶圆厂如期达到产能目标，将大幅拉动对国 产半导体设备和材料

45、的需求。图图 28：公司公司 CMP 竞竞争争格局格局FOJIBO JSR 2%1%Thomas其他West9%4%Cabot5%Dow 79%资料来源:Cabot、国信证券经济研究所整理13资料来源:百度、国信证券经济研究所分析整理图图 30：大大陆陆区域晶区域晶圆圆厂项目厂项目建建设梳理设梳理一一览览图图 31：主主流流晶圆产晶圆产能能目标目标资料来源:百度、国信证券经济研究所分析整理资料来源:IDC、国信证券经济研究所估算整理具体项目来看，中芯国际、华虹宏力、粤芯半导体、长江存储、合肥长鑫、武汉新 芯、福建晋华等各重点厂商均新建多条产线并大幅新增产能达 2 倍以上。晶圆制造 厂产品主要包

46、括两大方向，一方面为主攻先进制程代工和特色工艺的晶圆厂，包括 中芯国际、华虹、粤芯等；另一方向主要是以存储晶圆制造为主攻方向的晶圆厂，包括长江存储、合肥长鑫、福建晋华、武汉新芯等。广州粤芯成立于 2017 年 12 月，是国内第一座以虚拟 IDM(Virtual IDM)为营运策 略的 12 英寸芯片厂，一期已于 19 年底投产，并规划二期，目标总产能达 4 万片/月。长江存储是国内投资闪存(NAND FLASH)产能的大厂，也是大基金重点投资项目，2023 年底目标产能为 30 万片/月。目前长江存储产能迅速提升，2019 年底产能已 达到 2 万片/月，2020H1 向 5 万片推进，公司

47、已在 2020 年 1 月开启招标活动。长 江存储在储备 64 层 Xtacking Nand Flash 技术布局后，将跳过 96 层，直接推进128 层堆栈。中芯国际海力士长江存储芯恩集成三星福建晋华华虹宏力台积电合肥长鑫英特尔上海先进紫光集团弘芯半导体士兰微格科徽电子万国半导体武汉新芯晋华集成联华电子海辰半导体广州粤芯合肥晶合青岛城芯矽力杰广义微电子和舰科技英诺赛科德州仪器燕东微电子德淮半导体富能、富北京耐威 英锐集团 中车时代大连宇宙 吉林华微赛莱克斯华润微电子 江苏时代兴华半导体 新进芯微能华微电子 京双仪微世纪金光芯睿电子能讯高能德科码赣州名芯格罗方德泉芯集成中璟航天中科晶芯图图

48、29：大大陆陆区域晶区域晶圆圆厂运营厂运营主主体的目体的目标标产产能能(万片万片/月月)求和项:产能目标(折算8英寸)120.0100.080.060.040.020.00.03519472101074540510152025303540停摆产能平稳 产能爬坡 即将试产 项目在建规划中12英寸8英寸6英寸5英寸4英寸273.090.459.698.589.7187.0199.2229.1292.401002003004005006007008002018/12/312019/12/312024(E)12英寸8英寸6英寸产能复合增速25%产能复合增速14%产能复合增速5%14合肥长鑫主要为 DR

49、AM 存储器的 12 寸晶圆厂，预计未来 3 年总产能目标为 12.5万片/月，并分为三个阶段执行。第一阶段目标产能 4 万片/月（当前 2 万片），预 计到 20 年 Q1 达到 4 万片，为 19nm 工艺芯片。合肥长鑫的 8Gb DDR4 已经通过 多个国内外大客户验证，预计今年底正式交付。DRAM 大厂福建晋华，原本已达产能 6 万片，整体目标产能 24 万/月，近期由于 受到美国起诉和禁售，目前整体运营受到一定影响。武汉新芯目前拥有 1.2 万片/月的代码型闪存和 1.5 万片/月的背照式图像传感器的 生产能力。未来计划扩产到 7 万片/月。图图 32：大大陆陆区域主区域主要要晶圆厂

50、晶圆厂产产能目标能目标汇汇总总(万万片片/月月)资料来源:公司公告、国信证券经济研究所分析整理替替代开代开启启，抛，抛光光垫国垫国产产化开化开启启主成主成长长周周期期贸贸易争易争端端加剧加剧，国国内内 CMP 材材料企料企业业抓住抓住国国产替产替代代良机良机。18 年中兴事件、19 年华 为被禁等，极大地推动半导体产业链国产化进程。以中芯国际为代表的国内下游晶 圆制造厂商为了产业链安全可控，在半导体材料方面给予了国内企业更多的机会。由于集成电路设备和原材料具有较高的技术要求和较长的认证门槛，CMP 抛光垫武汉新芯中芯集成电路（宁波）二期（N2，8英寸）宁波8英寸项目在建39.9 亿元300.6