国金证券-半导体材料行业深度研究报告

国金证券-半导体材料行业深度研究报告

1 化学机械抛光行业简介及市场规模

1.1 化学机械抛光是实现晶圆全局平坦化的关键工艺

化学机械抛光（Chemical Mechanical Planarization，以下简称“CMP”）是集成电路制造过程中实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺，应用于硅片制造、晶圆制造与先进封装。由于晶圆表面堆叠的不同薄膜硬度不同，不同区域需要以不同的速率进行研磨；通过化学和机械的综合作用，CMP 能最大程度缩小较硬和较软材料去除速率的差异，真正做到“全局”平坦化。根据瑞利判据公式，光刻机要增加分辨率，需要缩短曝光波长、增加投影光刻物镜的数值孔径，但这也会导致焦深的下降，因此晶圆表面的起伏需要落在焦深范围内，对 CMP 提出较高要求。CMP 过程中，抛光头对下方的工件施加一定压力，并相对抛光垫进行运动，抛光液在工件和抛光垫之间注入，不断与工件表面发生化学反应，并通过磨料的机械作用以及抛光液的化学作用，实现表面材料的去除。CMP 抛光液和抛光垫是整个抛光过程中的两大重要材料，两者会存在协同。对于较为成熟的制程，两者独立性相对高一些。

- CMP 抛光液的作用是在化学机械抛光过程中与晶圆发生化学反应，在其表面产生一层钝化膜，然后由抛光液中的磨粒利用机械力将反应产物去除。

- CMP 抛光垫的作用是存储抛光液并输送抛光液至抛光区域，提供一定的抛光液层，去除所需的机械载荷，并将抛光过程中产生的副产物（如氧化产物、抛光碎屑等）带出抛光区域。

1.2 工艺进步及先进封装打开 CMP 抛光材料市场空间

根据 SEMI 统计，CMP 抛光材料约占晶圆制造总成本的 7%，其中 CMP 抛光液、抛光垫、钻石碟、清洗液分别占 CMP 抛光材料成本的 49%、33%、9%和 5%。

根据 Market Growth Reports 统计，2025 年全球 CMP 抛光液和抛光垫的市场规模约为33.8 亿美元，预计 2025~2034 年复合增速为 4.5%。其中，全球 CMP 抛光液市场规模约20 亿美元，预计 2025~2034 年复合增速为 4.8%；全球 CMP 抛光垫市场规模约 13.8 亿美元，预计 2025~2034 年复合增速为 4.1%。根据华经产业研究院统计，2023 年中国 CMP 抛光液市场规模约为 29.6 亿元；2017~2023年 CMP 抛光液市场规模复合增速约为 12.1%，主要系晶圆厂持续扩产。根据弗若斯特沙利文测算，2024 年中国 CMP 抛光垫市场规模约 23 亿元。

CMP 抛光液及抛光垫未来市场的增长驱动力来源于：

 -工艺进步：更先进的逻辑芯片制造工艺要求抛光新的材料、抛光步骤也更多。90nm工艺的 CMP 步骤不超过 12 步，使用 5~6 种抛光液；14nm 以下工艺的关键 CMP 步骤将达到 20 步以上，使用的抛光液超过 20 种，用量迅速增长；7nm 及以下工艺的CMP 步骤可能达到 30 步，使用的抛光液种类接近 30 种；2nm 的背面供电技术增加了背面减薄步骤，单片晶圆的 CMP 步骤继续提升。存储芯片由 2D NAND 向 3D NAND 技术进步，新工艺的 CMP 步骤超过 2D NAND 的 2 倍；且 3D NAND 主要依靠堆叠增加储藏容量，随着堆叠层数从 64 层提升至 128 层、192 层，CMP 抛光材料的需求也会同步增长。

- 先进封装：先进封装技术的应用使 CMP 从集成电路前道制造环节走向后道封装环节，在如硅通孔（Through Silicon Via，TSV）、混合键合（Hybrid Bonding）等工艺中得到广泛应用。Market Growth Reports 预计到 2028 年，先进封装将带来额外15~20%的 CMP 需求增长。

2 化学机械抛光液分类及竞争格局

CMP 抛光液由磨料、添加剂和超纯水等复配而成，目前全球活跃使用的抛光液配方超过300 种。

- 磨料是抛光液的物理去除单元，包括氧化硅（SiO2）、氧化铈（CeO2）、氧化铝（Al2O3）等。根据安集科技公告，2023 年公司研磨颗粒采购金额约为 2.39 亿元，约占公司CMP 抛光液成本的 54.6%。

- 添加剂包括氧化剂、防腐剂、分散剂、pH 稳定剂等。据 Future Market Insights 预测，2026 年 CMP 抛光液添加剂市场规模约为 10.5 亿美元，其中分散剂与稳定剂占比 34%，用于防止磨料颗粒聚集、保持浆液稳定性。主要供应商包括 Cabot Microelectronics、Fujimi、Merck 等。根据工艺步骤不同，CMP 抛光液分为铜及铜阻挡层抛光液、钨抛光液、层间介质抛光液、浅槽隔离抛光液、以及用于新材料新工艺的抛光液新产品。其中铜及铜阻挡层工艺的 CMP抛光液约占总市场规模的 45%。

目前全球 CMP 抛光液市场格局较为集中，2024 年全球头部 6 家公司的市占率约为 85%。之所以呈现较高的市场集中度主要系：1）CMP 抛光液的磨料颗粒需要具有纳米尺度颗粒粒径、规整的颗粒形态、良好的分散性、特定的表面化学活性。但磨料供应集中度高，与抛光液公司紧密联合开发且具有排他性协议。2）CMP 抛光液验证时间长，一旦通过验证之后合作关系变得稳固，新进入者难获得验证机会。新工艺的演进可能引入新的抛光液公司。如 10nm 以下技术节点中，钴将部分替代铜作为导线，钴抛光液供应商可能会迎来增长机会。