CMP抛光液为何成为芯片国产化的瓶颈？

       CMP抛光液( chemical mechanical polishing化学机械抛光，简称CMP)是平坦化精密加工工艺中超细固体研磨材料和化学添加剂的混合物，CMP抛光液一般由提供研磨作用的超细固体粒子如纳米级SiO₂、Al₂O₃粒子等和提供腐蚀溶解作用的表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成。它广泛用于各类集成电路、半导体、蓝宝石、LED行业及其他领域的抛光过程，用来辅助抛光、保护硅片等材料免受划伤，因此在国产芯片的发展历程中是离不开它的。本文将对中国CMP抛光液行业现状与机遇进行分析。

       CMP技术是目前集成电路硅晶片抛光的充分条件

       CMP技术通过化学腐蚀和机械研磨综合发挥作用，它利用了磨损中的“软磨硬”原理，即用较软的材料来打磨较硬的抛光工件。施加一定压力和抛光浆料，使抛光工件相对于抛光垫作往复运动，借助于纳米粒子的研磨作用和氧化剂的腐蚀作用的结合，在被抛光的工件表面形成较高质量的光洁表面。从而避免了单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面不平整、抛光一致性差和单纯机械抛光造成的表面损伤等缺点。

       在集成电路(IC)和超大规模集成电路中(ULSI)对基体材料硅晶片的抛光上，CMP技术应用最为广泛。目前，国际上普遍认为，器件特征尺寸小于0.35μm时，为了保证光刻影像传递的精确度和分辨率必须进行全局平面化，而CMP是现在几乎唯一可以满足全局平面化需求的技术。

       目前，CMP技术己经发展成以化学机械抛光机为主体，将在线检测、终点检测、清洗等工艺流程融于于一体的系统技术，产生于集成电路向薄型化、平坦化、微细化、多层化工艺发展过程。同时也是晶圆向更大直径过渡，提高生产率，降低制造成本，衬底全局平坦化所必需的工艺技术。

       作为CMP技术的最重要构成，CMP抛光液一般由磨料、PH值调节剂、氧化剂、分散剂和去离子水等添加剂组成，如表1所示。

表1 CMP抛光液的构成及简介

来源：学术期刊整理

       国内市场被国外企业垄断，国内企业主导中低端产品

       2017年，中国CMP抛光液消费量达到了2137万升，预计2025年将达到9653万升。

图1 国内市场上主流厂商销量（万升）及占比

来源：中商产业研究院

       国内市场芯片用抛光液主要由Cabot Microelectronics、Dow Electronic Materials、Fujimi Incorporated、Air Products/Versum Materials、Fujifilm、Hitachi Chemical和安集微电子等主导。2017年，国外厂商的销量市场总占有率超过65.7%，呈现垄断的格局。

       在高端半导体领域，国内厂商目前主要是安集微电子一家，公司客户遍及除大陆之外的美国、新加坡、马来西亚、台湾、欧洲等地区，其中包括数家全球知名的晶圆制造企业，如中芯国际、台积电和Intel等。半导体用CMP抛光液技术壁垒高，市场集中度极高，中国市场，高端产品主要被日美企业垄断。

       在中低端领域己基本国产化。国内厂商如上海新安纳电子科技有限公司、湖北海力天恒纳米科技有限公司、湖南皓志科技股份有限公司、深圳市力合材料有限公司、无锡易洁工业介质有限公司等，占有重要地位。

       2017年，中国国内企业CMP抛光液产量达到了538万升，预计2025年将达到4100万升，2017年产值为1.37亿元，预计2025年达到10亿元，2018~2025年复合增长率为21.9%。通过对比国内CMP抛光液的产量和消费量，我们可以发现目前CMP抛光液的缺口很大，尤其是高端产品，国产化率较低，需要大量依赖进口。

       产业化瓶颈：投入风险大，国外垄断，供应链不完善

       用于晶圆前道生产工艺中的国内材料科技一直是空白。比如，用于晶圆表面的SiO₂抛光液，SiO₂浆料是整个配方成分的核心，它目前处于国外企业垄断中。半导体材料产业链的上游被国外企业掌控，决策权在国外公司，考虑问题很难从中国市场出发。随着集成电路的发展，它的负面影响会越来越大。国内的材料企业的优势是对市场的反应速度快，服务也跟得上。但是是缺少含金量的技术工艺。

       目前本土厂商面临着以下制约因素:

       一是集成电路材料领域新产品新技术迭代需要投入大量时间，从研发、中试到产业化，最终才能在用户端获得大规模应用，风险高，很多时候产品尚未成型，企业已经面临资金断裂的风险。

       二是国外竞争对手常常利用其市场垄断地位，进行产品捆绑、连带等违规操作，先发制人阻止本地产品进入市场，扩大市场占有率，本土企业甚至已经失去了模仿跟进的机会。

       三是供应链不完善，很多高端原材料（如胶体二氧化铈、超高纯胶体二氧化硅）都需要从欧洲、美国和日本进口，导致国内企业只能从低端开始，技术与市场竞争从开始就处于被动的局面。

       芯片国产化拉动CMP抛光液的市场需求

       十年以前，国内抛光液市场有90%的产品需要依赖进口，其中高端产品如8英寸、12英寸的芯片用抛光液，国内无法生产，全部依赖进口。今年，中兴芯片事件引发了国人对芯片行业的集体焦虑。预计在不久的将来，更多的政策利好和资金扶持还会不断出现，集成电路的上游行业会快速发展，CMP抛光液的需求规模也将大大提升。