集微咨询：半导体设备国产化替代提速 CMP厂商应多路并举

集微咨询（JW insights）认为：

- 在应用驱动及产能扩张潮拉动下，将显著拉动半导体设备需求。国内设备厂商在政策、资金以及代工厂供应链策略倾斜之下，有望进一步加快国产化率步伐；

- CMP设备的国产化率依然较低，国内CMP设备厂商应多路并进，不断提高研发投入，同时加强垂直整合提供多元化的增值服务，并进一步加强整合并购，不断提升竞争力。

地缘政治和全球半导体紧缺的双重冲击下，欧美等国已经将半导体供应链当作了国家安全的重要组成部分，半导体也成为了国家角力的一大领域。在这一背景下，保障我国半导体供应链的安全可控意义重大。

半导体设备可谓是半导体产业的技术先导者，直接关系芯片设计能否落成实物，产品可靠性和良率能否达到设计标准，国内行业是否能够参与全球竞争。因此要实现我国半导体产业链的自主可控，半导体设备至关重要。而晶圆制造是半导体制造过程中最重要也是最复杂的环节，占比为80%左右，整个晶圆制造过程包括数百道工艺流程，涉及数十种半导体设备，其技术壁垒高，研发难度大周期长，可谓是整个产业中最关键的环节之一。当前半导体设备当前我国半导体设备依旧高度依赖于海外企业，并且在核心技术和零部件上受到一定的限制。中国作为半导体设备的重要市场，随着各地半导体项目的林立，晶圆代工厂的产能扩建潮以及自主可控进程的推进，本土半导体设备厂商迎来了快速成长和突破的新黄金期。

半导体设备国产化率待提升

Gartner最新预测称，2021年全球半导体市场规模将达到5450亿美元左右，到2022年和2025年则将分别达到6020亿美元和6490亿美元，呈现6.8%的年平均增长率。

从半导体设备市场来看，据SEMI报告显示，2020年全球半导体设备销售额相比2019年的598亿美元激增19%，达到712亿美元，创历史新高。而我国大陆首次成为全球最大的半导体设备市场，销售额同比大增39％，达187.2亿美元。以此来计算，半导体设备在全产业链中占比超过13%，可谓是半导体产业链重要一环。

纵观全球半导体设备市场，由于半导体设备技术壁垒高，研发周期长难度大，整个行业呈现着高度垄断、强者恒强的局面，市场主要被少数美、日、欧巨头企业所垄断，现阶段不论是国际还是国内建造一条芯片生产线，美设备占设备总数的比例都接近50%，这是我国半导体制造受制的主要原因，也说明设备是最关键、最核心的环节。

近年来在国产替代成为主旋律的情形下，半导体设备国产替代步伐正在加快，在刻蚀、薄膜沉积、清洗等多个领域不断取得突破。但从整体来看，仍相对弱小。从国产设备在生产线上所占的比例来看，乐观的说大约是10%，悲观一些仅有7%。

据集微咨询（JW insights）根据相关资料统计，各主要设备的国产率如下表所示。

当下，全球半导体设备行业在多重因素影响下，将持续处于高景气阶段，我国半导体设备厂商应抓住新一轮机遇，加快持续突破。

集微咨询（JW insights）认为，一方面，5G、物联网、大数据、人工智能以及汽车电子等新技术和新产品的应用，将带来庞大的半导体市场需求，行业将进入新一轮的上升周期，持续带动产能需求。同时为应对全球性的产能紧缺，晶圆代工厂扩建潮此起彼伏。据SEMI统计，到2022年，全球将扩建29座晶圆厂，产能最高可达每月40万片。中国大陆和中国台湾将各扩建8座晶圆厂，是其中主要的发力方，无疑这将显著拉动半导体设备需求。

另一方面，国内代工厂的供应链策略有变，转向批量采购支持战略供应商，与国内设备厂商加强紧密联动，预计未来更多的国产设备将进入制造产线，实现进一步的自立自强。

此外，国家在政策、资本投入上均大力支持半导体设备行业发展，国内半导体业有望逐步实现从低端向高端替代、减少对国外依赖的局面，在这一过程中，仍需国家层面不断加大投资比重。

CMP设备需求走高

在晶圆制造过程中，CMP（化学机械研磨）设备扮演着重要角色。作为一种移除工艺技术，CMP通过化学反应和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，使得晶圆表面更加平坦和光滑。它是一种集摩擦学、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的设备，是集成电路制造设备中较为复杂和研制难度较大的专用设备之一。

要指出的是，在1995年以前，工艺制程仍大于0.35微米，业界极少用到CMP技术。而到1995年工艺节点发展到0.35微米时，非全局性的平坦化手段基本失效，只有CMP设备能够提供光刻所需要的平滑度。此外，从0.18~0.13μm开始，铜正式取代铝成为主流导线材料，CMP逐渐成长为IC制造以及铜互联技术必不可少的关键工艺技术。

对CMP设备而言，其产业化关键指标包括工艺一致性、生产效率、可靠性等，涉及研磨速率、研磨均匀性和缺陷量等参数。据广发证券指出，为实现这些性能，CMP设备需应用纳米级抛光以及清洗、膜厚在线检测、智能化控制等多项关键先进技术。抛光技术可以实现纳米尺度的“抛得光”、晶圆全局“抛得平”，可谓是CMP工艺的基础。而清洗、膜厚在线检测、智能化控制等的作用在于晶圆抛光动作“停得准”、以及抛光后纳米颗粒“洗得净”。随着缺陷对于工艺控制和最终良率的影响愈发明显，降低缺陷是CMP工艺的核心技术要求，包括清洗、智能化控制技术等重要辅助类技术的重要性愈发突出。

如今无论哪一种芯片的制造，都要求每层表面必须保持纳米级全局平坦化，以使下一层微电路结构的加工制造成为可能。半导体制造也成为CMP设备应用的最主要场景，重复使用在薄膜沉积后、光刻环节之前。随着芯片制造技术发展，CMP工艺在集成电路生产流程中的应用次数逐步增加。以逻辑芯片为例，65nm芯片需要经历约12道CMP步骤，而7nm制程所需要的CMP处理增加至30多道，且单片晶圆的抛光次数也从28nm所需的约400次提升至5nm的超过1200次。随着先进制程对CMP应用步骤增加，CMP需求占比有望进一步提升，成为各类设备中市场空间与需求增长速度最快的设备之一。而且除了制造之外，CMP设备还可以用于硅片制造环节与先进封装领域。

数据显示，2021年全球CMP设备的市场规模将达25亿美元左右。而在CMP市场形成早期，市场迅速地形成了高度集中化的竞争格局。目前全球CMP设备市场高度集中，美国应用材料、日本荏原两家公司就占据了全球90%以上的市场份额。

从地区来看，CMP设备主要需求地区集中于亚太，主要为电子信息业比较发达的中国、韩国、日本。北美和欧洲CMP设备总需求量只能占到全球的20%左右，并且由于电子在亚太的进一步发展，他们的份额会被进一步压缩。

2019年，大陆CMP设备市场规模达4.6亿美元，但绝大部分的高端CMP设备仍然依赖于进口。在应用驱动以及国产化替代浪潮的推动下，CMP设备的国产化将迎来新机遇。

探索国产化之路

从目前CMP设备的国产化情况来看，主要厂商有华海清科、杭州众硅、中电科45所、烁科精微等等。其中华海清科是目前国内唯一实现12英寸系列CMP设备量产销售的半导体设备供应商，打破了国际厂商的垄断，填补国内空白并实现进口替代。

但总体情况难容乐观。有业内人士谨慎表示，CMP设备的国产化率增量在10%，但总量应该低于1%。

作为半导体制造过程中关键工艺制程设备之一，如今CMP设备市场将持续受益国内晶圆厂的大规模8英寸及12英寸产能扩产以及国产替代进程。对于国内CMP厂商的国产化之路，集微咨询（JW insights）认为，一方面随着应用领域对高端芯片的需求日益强劲，集成电路向高集成度、低功耗和低成本方向发展，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、智能控制系统等关键模块技术将是CMP技术未来发展的重要突破方向。国内厂商在这些方面要持续精进，不断加大投入和研发力度。

另一方面，回顾CMP设备史，曾发生了多起并购，如泛林选择通过收购OnTrak来迅速切入新兴的CMP市场；应用材料收购无浆料CMP设备的龙头企业Obsidian，以追求最为先进的一体化CMP设备等等，为进一步提升国内CMP厂商的竞争实力，整合并购也必不可少。

此外，设备的开发需要特别重视关键零部件和材料的发展，需要协同作战，而CMP设备是使用耗材较多、核心部件有定期维保更新需求的制造设备之一。在使用CMP设备的过程中需要用到抛光液、抛光垫等，以及抛光头、清洗等单元的定期维保更新，且该等服务需求会随着厂商销售设备数量的增加而快速增长。据悉，CMP的抛光材料主要包括抛光液和抛光垫，这两者占CMP材料的份额超过80%。美国应用材料与日本荏原均有为客户提供CMP设备关键耗材销售和维保业务。

因此，集微咨询（JW insights）认为，国内CMP设备厂商可向上往耗材、向下朝服务领域延伸，加强垂直整合，基于自身设备及工艺技术向客户提供专用耗材销售和关键耗材维保等技术服务，在设备销售之外获取更长期稳定和更高盈利能力的服务收入。据悉，由上海华力牵头，形成了华海清科的CMP机台+鼎汇微电 子的研磨垫+安吉微电子的研磨液的国产CMP三合一模式，是全球首次12英寸先进生产线上全国产CMP装备的攻关探索。而且，目前华海清科也在寻求新的利润增长点，重点开拓CMP设备的关键耗材更新与技术服务、晶圆再生、减薄设备等业务。

诚然，国内CMP厂商面临的挑战依然巨大。集微咨询（JW insights）认为，一方面，美国应用材料和日本荏原的CMP设备已达到5nm制程水平，国内厂商面对的竞争压力依旧较大，未来能否在技术上持续积累和突破，打破巨头垄断仍需观望。另一方面，新工艺、新机型设备需要在代工客户产线上进行较长时间的验证，未来一定期间存在无法盈利的风险，需要在资金上有足够的抗压能力。

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