2022年CMP行业发展现状及市场规模分析.docx

2022年CMP行业发展现状及市场规模分析一、CMP是半导体制造的关键工艺装备之一CMP（ChemicalMechanicalPolishing，化学机械抛光）是实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺。晶圆制造过程主要包括七个相互独立的工艺流程：光刻、刻蚀、薄膜生长、扩散、离子注入、化学机械抛光、金属化。其中，化学机械抛光是指通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化——全局平整落差5nm以内的超高平整度。作为实现晶圆表面平坦化的关键工艺设备，CMP设备集摩擦学、表/界面力学、分子动力学、精密制造、化学/化工、智能控制等多领城最先进技术于一体，为半导体设备中较为复杂和研制难度较大的专用设备之一。CMP设备包括抛光、清洗、传送三大模块。在作业过程中，抛光头将晶圆待抛光面压抵在粗糙的抛光垫上，借助抛光液腐蚀、微粒摩擦、抛光垫摩擦等耦合实现全局平坦化。其中，关键技术在于可全局分区施压的抛光头，其在限定的空间内对晶圆全局的多个环状区域实现超精密可控单向加压，从而可以响应抛光盘测量的膜厚数据调节压力控制晶圆抛光形貌，使晶圆抛光后表面达到超高平整度，且表面粗糙度小于0.5nm，相当于头发丝的十万分之一。同时，制程线宽不断缩减、抛光液配方愈加复杂，导致抛光后更难以清洗，且对CMP清洗后的颗粒物数量要求呈指数级降低，因此需要CMP设备中清洗单元具备强大的清洁能力来实现更彻底的清洁效果，同时还不会破坏晶圆表面极限化微缩的特征结构。CMP设备在集成电路产业链中应用广泛。从产业上下游关系来看，集成电路制造产业链可分为硅片制造、集成电路设计、集成电路制造、封装测试等四大领域，除集成电路设计领域外，其他领域均有CMP设备应用场景。在硅片制造领域，半导体抛光片在完成拉晶、硅锭加工、切片成型环节后，为最终得到平整洁净的抛光片需要通过CMP设备及工艺来实现。在集成电路制造领域，芯片制造过程按照技术分工主要可分为薄膜淀积、CMP、光刻、刻蚀、离子注入等工艺环节，各工艺环节实施过程中均需要依靠特定类型的半导体专用设备。在先进封装领域，CMP工艺越来越多被引入并大量使用，其中硅通孔(TSV)技术、扇出(Fan-Out)技术、2.5D转接板(interposer)、3DIC等将用到大量CMP工艺。CMP设备是晶圆再生的核心工艺设备之一。晶圆再生工艺流程主要是对控挡片进行去膜、粗抛、精抛、清洗、检测等工序处理，使其表面平整化、无残留颗粒，技术难点主要在于对再生晶圆表面平整度、缺陷和晶圆表面的纳米级颗粒残留、金属离子残留的控制要求极高，这些要求主要通过CMP设备来实现，因此CMP工艺和技术是晶圆再生工艺流程的核心，CMP设备也是晶圆再生工艺产线中资金投入最大的设备。二、CMP在先进制程中重要性提升，技术继承性良好CMP设备关乎芯片整体性能，是制程技术节点升级的重要工艺设备之一。CMP是在芯片制造制程和工艺演进到一定程度、摩尔定律因没有合适的抛光工艺无法继续推进之时才诞生的一项新技术。自从1988年IBM公司将CMP技术应用于4MDRAM芯片制造后，伴随器件特征尺寸(CD)微细化，以及技术升级引入的多层布线和一些新型材料的出现，集成电路制造工艺逐渐对CMP技术产生了越来越强烈的依赖。如果将芯片制造过程比作建造高层楼房，每搭建一层楼都需要让楼层足够平坦齐整，才能在其上方继续搭建另一层，否则楼面就会高低不平，影响整体性能和可靠性。而CMP技术是实现更细线宽光刻工艺的前提和基础，只有CMP技术能够有效保证集成电路的“楼层”达到纳米级全局平整，使得更先进光刻工艺得以进行，因此CMP技术工艺是集成电路制造中保证芯片整体性能、推进制程技术节点升级的重要环节。CMP设备在较长时间内不存在技术迭代周期。集成电路行业的发展趋势体现在需求剧增但制程节点迭代放缓，当前CMP仍是集成电路制造大生产上产出效率最高、技术最成熟、应用最广泛的纳米级全局平坦化表面制造设备，具有突出的材料均匀去除与纳米缺陷高效控制优势。CMP设备在较长时间内不存在技术迭代周期，应用于28nm和14nm的CMP设备没有显著的差异，仅是特定模块技术的优化。CMP设备的技术继承性良好。与其他工艺环节的半导体专用设备相比，随着技术节点升级，CMP的技术继承更好，因此CMP设备对芯片制造技术节点的适用范围更广。CMP工艺由14nm持续向7nm、5nm、3nm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，抛光驱动技术、压力调控技术、智能控制系统、终点识别检测系统以及智能清洗模块等关键模块技术将是CMP技术未来发展的重要突破方向。三、全球市场规模持续增长，CMP设备厂商发展空间广阔下游终端需求增长和晶圆厂扩产增效，全球半导体设备市场规模持续