硅片作为芯片制造最重要的基础原材料，伴随半导体各种应用需求的衍生，硅片市场出货量与需求量均不断递增。

根据 SUMCO 发布的全球 12 英寸硅片需求预测数据，到 2025 年全球 12 英寸硅片需求将达到 910 万片 / 月。与此同时，在晶圆制造材料中抛光材料占比 7%，而日美企业却占据全球约 80% 的市场份额。作为半导体制造环节中不可缺少的抛光环节，国内厂商正在奋起直追，相关产品正逐渐渗透到先进制程的制造环节。

另据了解，在第三代半导体碳化硅衬底的制造环节，由于材料本身“贵、脆、硬”的特点，加工难度更大，切磨抛所使用的耗材占据整个晶圆成本的 20% 以上，该领域目前基本被日美厂商所垄断。国内目前已经规划 / 在建的碳化硅衬底产能已经达到了数百万片，中国的碳化硅衬底产能由当前的数十万片到数百万片量级的跃升，过程中必定会给研磨抛相关的耗材企业带来新的机遇，国内已经有部分厂商实现了从 0-1 的突破。

本文浅析硅片领域抛光耗材的市场情况，希望对读者有所启发。如需进一步了解碳化硅领域研磨抛耗材相关企业情况，欢迎联系北拓资本交流。

1.1 CMP 是集成电路的关键工艺

CMP（化学机械抛光 ) 是集成电路制造过程中实现晶圆表面平坦化的关键工艺，通过表面化学作用和机械研磨结合来实现晶圆表面不同材料的去除，从而达到晶圆表面的高度 ( 纳米级 ) 平坦化效应。

CMP 的主要工作原理是在一定压力及抛光液的存在下，晶圆与抛光垫做相对运动，借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用的高度有机结合，使被抛光的晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。经过 CMP 后集成电路全局平整落差在 10-100nm，保证其可靠性。

其主要过程包括：

1）调理：在使用之前，抛光垫由金刚石修整器进行修整，以去除抛光垫表面的任何碎片或缺陷。

2）抛光：在抛光阶段，被抛光的材料被固定在旋转的抛光垫上，同时含有磨料颗粒和化学混合物的泥浆被持续施加到表面，化学混合物有助于溶解材料，而磨料颗粒则有助于去除表面上的任何高点。

3）漂洗：抛光阶段结束后，用去离子水冲洗表面，以去除任何残留的泥浆或化学品。

4）干燥：最后，用干净、干燥的空气流将表面烘干，以去除任何剩余的水或水分。

CMP 处理前晶圆会起伏不平，同层薄膜由于厚度不均会导致电阻值不同，引起电子迁移造成短路。通常起伏不平的晶圆表面还会使光刻时无法准确对焦导致线宽控制失效等。

1.2 CMP 主要用在单晶硅片制造和前道制程环节

在单晶硅片制造环节，单晶硅片通过化学腐蚀减薄后粗糙度 10-20μm，在进行粗抛光、细抛光、精抛光后可将粗糙度控制在几十个 nm 以内，一般单晶硅片需要 2 次以上的抛光。

在前道制程中，从加工过程中最初的 STI( 浅沟槽隔离层 ) 到 ILD( 层间介质 ) 再到 Metal 金属互连层再到后期的 TM( 顶层金属 ) 都需要用到。而根据抛光薄膜种类的不同，前道 CMP 可以分为金属薄膜 CMP、氧化硅薄膜 CMP。金属薄膜 CMP 主要包括钨&钨阻挡层 CMP、铜&铜阻挡层 CMP、铝 CMP 等;氧化硅薄膜 CMP 主要包括层间介质层 CMP、浅沟槽 CMP 等。

半导体行业中 CMP 的应用领域和分类 ( 资料来源:《化学机械抛光技术发展及其应用》)

1.3 CMP 抛光工艺具备较高的技术壁垒，抛光液工艺难、专用性高、种类多

CMP 属纳米级工艺，参数多、工艺复杂。在纳米级的器件线路上，对不同材料的去除速率、选择比以及表面粗糙度和缺陷要求精准至纳米乃至分子级，高难工艺对抛光材料的性能提出更高的技术要求。

CMP 是场景导向的工艺，其工艺过程为定制化、专用性高。目前对诸如抛光参数 ( 如压力、转速、温度等 ) 对平面度的影响、抛光垫、浆料、片子之间的相互作用、浆料化学性质 ( 如组成 pH 值、颗粒度等 ) 对各种参数的影响等比较基本的基础机理了解甚少，因而定量确定最佳 CMP 工艺、系统地研究 CMP 工艺过程参数、建立完善的 CMP 理论模型、满足各种不同种类集成电路生产对 CMP 工艺的不同要求，是 CMP 技术的壁垒所在。

化学机械抛光材料种类繁杂。集成电路工艺的进化带来了对抛光材料的各种新需求， 逻辑芯片随着制程增加，抛光材料种类和用量也迅速增长，比如 14 纳米以下逻辑芯片工艺要求的关键 CMP 工艺将达到 20 步以上，使用的抛光液将从 90 纳米的五六种抛光液增加到二十种以上；7 纳米及以下逻辑芯片工艺中 CMP 抛光步骤甚至可能达到 30 步，使用的抛光液种类接近三十种。

1.4 抛光液在晶圆制造材料中占比高

在晶圆制造中抛光材料占比高，CMP 抛光材料中抛光液占比为 49%，抛光液的核心壁垒在于产品配方和工艺流程控制。抛光液通常由硅酸盐、醋酸盐和氢氧化物等几种化学成分混合而成，每种成分都有不同的作用。硅酸盐是抛光液的主要成分，用于去除金属表面的油脂、污垢和污渍，从而达到清洁的效果。硅酸盐还能改善表面的光洁度，使表面看起来更加光亮；醋酸盐是抛光液中的另一个重要成分，帮助腐蚀表面污垢，从而达到更好的抛光效果。醋酸盐也能提高表面的硬度，因此在抛光过程中可以有效防止表面腐蚀；氢氧化物是抛光液中的另一个成分，用于洗净表面上的污垢、油脂和污渍，从而达到清洁的效果。此外，氢氧化物还能帮助金属表面抛光，使其更加光滑。

在加料、混合和过滤等关键生产流程中，各种组分的比例、顺序、速度和时间等都会影响到最终的产品性能，需要公司不断优化研究来找出最合适的方案，因此产品配方和生产工艺流程是每家公司的核心竞争力。根据抛光对象不同，抛光液可分为铜抛光液、钨抛光液、硅抛光液和钴抛光液等类别。其中，铜抛光液和钨抛光液主要用于逻辑芯片和存储芯片制造过程，在 10nm 及以下技术节点中，钴将部分代替铜作为导线；硅抛光液主要用于硅晶圆初步加工过程中。

抛光材料中抛光液占 49%（资料来源：SEMI）

02

抛光液需求持续提升，国产替代空间广阔

根据 SEMI 数据，2014-2020 年，全球 CMP 抛光材料市场规模从 15.7 亿美元提升至 24.8 亿美元，年均复合增长率（CAGR）约为 8%。其中，2020 年国内 CMP 抛光材料市场规模约为 32 亿元，近五年复合增速维持在 10% 左右。

2014-2020 全球 CMP 抛光材料市场规模（资料来源：SEMI）

2012-2020 中国 CMP 抛光材料市场规模（资料来源：SEMI）

2.1 集成电路制程升级，CMP 要求随之升高

芯片制程提高带动工艺流程复杂度提升，对抛光材质技术要求提升，叠加半导体市场的复苏，可以预期未来 CMP 市场量价齐升。

从 Memory 角度看，全球 3D NAND Flash 占比不断提升。从 2D 至 3D NAND 的升级之中，CMP 抛光步骤根据 Cabot Microelectroncs 的测算，抛光步骤也从原来的 6.4 提升至 13.6，超过 100 的步骤增长。

2D NAND 及 3D NAND 占比变化（资料来源：IHS，国盛证券研究所）

从 Logic 角度来看，以台积电各节点制程营收占比为例，先进制程贡献大部分收入，28nm 及以上制程占比从 2011 年的 2.7% 提升至 2022 年的 77%。对于逻辑芯片制程 的提高，单片晶圆的抛光次数也从 28nm 所需要的约 400 次提升至 5nm 的超过 1200 次。

数据来源：台积电年报

随着存储芯片和逻辑芯片的升级，会带来抛光次数和工艺要求的提升，CMP 抛光垫和抛光液均属于一次性耗材，随着 CMP 步骤和次数的增长，对耗材需求也会增加。

2.2 晶圆厂持续扩产叠加向大陆转移，CMP 材料市场不断扩大

全球缺芯潮背景下下游厂商对晶圆缺货产生焦虑带来订单井喷，以 300nm 晶圆为例，预计 2025 年需求 / 供给将会达到 105%，供不应求的局面会带来晶圆制造厂更大规模的资本开支和产能扩张，带动 CMP 抛光液需求增长。

300nm 全球晶圆产能及需求预测（资料来源：SUMCO，东海证券研究所）

根据 world fab forecforecast report，2019 至 2022 年全球晶圆厂设备开支增加 2 倍，由 55 百万美元至 109 百万美元。

全球晶圆设备支出扩张（资料来源：world fab forecforecast report）

在碳化硅晶圆产能方面，根据 Canaccord Genuity 预测，全球碳化硅晶圆产能（等效 6 英寸）从 2021 年的 12.5 万片 / 年增长至 2030 年的 400 万片 / 年，CAGR47%。

从区域来看，中国大陆预计可将 300mm 前端晶圆厂的全球产能份额，从 2021 年的 19% 增至 2025 年的 23%，达到 230 万片 / 月，晶圆产能不断向中国大陆转移。

2015-2020 年全球晶圆产能转移情况（资料来源：宏芯气体官网）

2.3 全球抛光液市场主要被美日厂商垄断，国产化率亟待提升

行业格局方面，抛光液当前的全球主流供应商为:美国 Cabot、日本 Fujimi、日本 HinomotoKenmazai、美国杜邦 ( 陶氏 )、等公司，占据全球约 80% 的市场份额。而当前的国内晶圆厂需求主要除了安集科技以外，主要依赖进口。CMP 抛光液环节，美国厂商 Cabot 以及 Dow 共占据了约 42% 的市场份额；CMP 抛光垫方面，美国厂商 Dow 以及 Cabot 共占据了约 88% 的市场份额。

抛光垫市场格局（资料来源：SEMI）

两种产品呈现寡头垄断的主要原因是：

1）CMP 在晶圆制造环节成本占比较小，但专用性强，客户转换成本高，如若进行供应商替代，潜在的机会成本较高，因此晶圆厂对于替换的动力较小。

2）CMP 技术壁垒较高：陶氏 ( 抛光垫 )、卡博特 ( 抛光液 )、及其他厂商在半导体耗材行业已经深耕数十年，积累了 Know-how， 全球晶圆厂与其长期合作下积累了大量试验数据，满足客户对可靠性和稳定性的需求。

3）龙头厂商产品布局更为齐全，产能和品类弹性更强：龙头厂商可为晶圆厂提供全套耗材解决方案，而切磨抛耗材产品属性决定平台化企业是降本增效的最优选择。

03

抛光液行业格局有望在国内复刻

3.1 国外龙头卡博特发展复盘

卡博特于 1882 年成立，为美国 500 强企业，从最开始的炭黑产品起家到目前业务范围涵盖橡胶和特殊炭、活性炭、气凝胶等众多领域，是一家领先的全球特殊化学品和高性能材料公司，总部位于美国马萨诸塞州波士顿。

作为世界炭黑工业的领导者，卡博特是唯一全球性生产轮胎用炭黑、工业橡胶炭黑和特种炭黑的生产经营公司。卡博特在全球 20 个国家拥有 31 家炭黑工厂,年总产量为 200 万吨,占全球总产量的 28%,位居世界首位。在亚太地区、南美、北美、欧洲、中东和非洲设有区域总部，分别位于中国、巴西、美国、瑞士四国。全球共 8 个研发中心，分别位于中国、美国、德国、比利时以及荷兰。目前卡博特深耕中国市场，与央企、国企和民企等合作广泛，先后在上海、天津、邢台等地开设工厂。

卡博特产品矩阵变化（资料来源：卡博特官网，广发证券发展研究中心）

卡博特的发展可总结为 6 个发展阶段：

119 世纪末炭黑起家时期：在美国建立第一家炭黑工厂，陆续在北美、欧洲、南美扩展足迹；1968 年股票上市，12% 的股份在纽约证券交易所出售。

20 世纪 80 年代区域扩展时期：在美国伊利诺斯开办第一家气相二氧化硅工厂；足迹拓展到印尼和东亚；1988 年在中国上海成立了第一家炭黑工厂。

20 世纪末产业扩张时期：1993 年收购了加拿大马尼托巴钽矿业公司 100% 的所有权；1996 年开发喷墨色浆，并建立精细铯化学品工厂；2002 年首次对卡博特弹性体进行商业销售。

2000-2010 年可持续发展时期：2003 年在德国开展气凝胶生产；瑞士沙夫豪森设立新区域总部；在阿联酋迪拜开设母料工厂，这家先进工厂拥有最新的环保和生产技术。

2010-2017 年创新研发时期：新型气凝胶产品上市；将石墨烯技术加入产品组合中；扩大产能，成为活性炭领导者；转变业务结构。

2018 年 - 至今全球视角产业化转型新时期：追赶锂电池热点，生产导电碳添加剂；推出全新炭黑产品，适应市场需求；进一步扩大母料和化合物的经营范围；部分经营重心向中国倾斜。

2022 年，卡博特营业收入达到 965 百万美元，CAGR6%。毛利为 181 百万美元，毛利率一直稳定在 20% 左右。

卡博特财务数据（资料来源：wind）

卡博特成长为全球半导体耗材龙头并在华占据大部分业务的原因在于：

1）以股权合作打开中国市场，合资或收购行业龙头，强强联手丰富在华产品矩阵：1988 年与上海焦化合资设 立在华第一家炭黑工厂，上海焦化是上海市最大城市煤气生产企业，约占全市供应 总量的 50%。2011 年与旭阳集团合资建设炭黑工厂，后者为全球最大的独立焦炭生产商及供应商。2018、2020、2022 年分别收 购尼铁隆 ( 江苏 ) 炭黑、三顺纳米、东海碳素 ( 天津 ) 三家业内优秀公司。

2）主营产品呈现周期性，丰富产品矩阵以对抗周期：因主要下游为轮胎行业，主营产品普通炭黑具备周期性，卡博特不断投入研发新的炭黑产品，供应新兴市场，同时投资高潜力小众市场，开拓产业链，以不同产品线穿透周期。

3）保持平稳研发投入，维护自身创新点：为研发和其他职能管理部门搭建更精简的架构；建立流程简化工作组，加快决策速度。

3.2 国内主要玩家

3.2.1 安集科技

安集科技成立于 2006 年 2 月，坚持自主创新，长期致力于为集成电路行业提供汇集创 新驱动、高性能及成本优势的产品和技术解决方案。当前公司成功打破了国外厂商对集 成电路领域化学机械抛光液的垄断，实现了进口替代，使我国具备在该领域的自助供应能力。

公司主营业务为关键半导体材料的研发和产业化，目前产品包括不同系列的化学机械抛光液和光刻胶去除剂，主要应用于集成电路制造和先进封装领域。

安集科技财务数据（资料来源：wind）

公司专注布局硅基抛光液产品，包括不同系列的化学机械抛光液和光刻胶去除剂 ，主要应用于集成电路制造和先进封装领域。在抛光液领域方面公司打破海外垄断，占据 2% 的市场份额，是国内唯一一家在半导体切磨抛材料领域切入国际格局的玩家，技术水平持续追赶海外龙头。公司 CMP 抛光液产品包括铜及铜阻挡层系列、其他系列 ( 包括钨抛光液、硅抛光液、氧化物抛光液 ) 等。2021 年实现抛光液产量 16649.5 万吨，销量 15124 万吨，产销比达 91%。

安集科技抛光液产销量及营收（资料来源：wind）

公司持续专注布局硅基产品，缓慢渗入国际竞争格局。公司产品已导入许多海内外优质客户，公司于 2008 年切入中芯国际供应链，2009 年开始陆续向华虹宏力、士兰微、华润微供货，2014 年公司成功进入台积电供应链。至今安集科技前五大客户为中芯国际、台积电、长江存储、华润微、华虹宏力。

安集科技客户导入和发展历程

3.2.2 鼎龙股份

鼎龙股份创立于 2000 年，2010 年创业板上市，是国内打印耗材及 CMP 材料龙 头，目前重点聚焦于半导体材料领域的 CMP 制程工艺材料、半导体显示材料、半导 体先进封装材料三个细分板块业务。

鼎龙股份 2013 年起布局 CMP 抛光垫研发项目，以控股子公司鼎汇微电子、时代立夫为主要经营主体。经过多年布局，公司在技术开发、产能建设、下游客户等方面优势持续积累，CMP 抛光垫进入放量成长阶段。在存储和先进逻辑领域持续突破，28nm 已获得部分订单，抛光垫技术研发已经全面进入 14nm 阶段。随着公司抛光材料产线一期产能利用率提升、二期产能爬坡和三期筹建，公司将在抛光液领域实现更多销售。

2021 年公司实现营业收入 23.6 亿元，净利润 3.4 亿元，毛利率稳定在 38% 左右，处于较高水平。

鼎龙股份财务数据（资料来源：wind）