Overview of CMP equipment market

      作者/李丹博士 賽迪顧問 集成電路產業研究中心高級分析師 （北京 100048）

　　摘要：在芯片微細化和互連多層化的趨勢下，CMP工藝是集成電路制造的核心技術，CMP設備主要用于CMP工藝中，主要實現芯片平坦化。目前，CMP設備市場主要由美國應材和日本荏原兩家公司高度壟斷，尤其是美國應材2017年占有CMP設備市場71%的市場份額。國內CMP設備的主要研發單位有天津華海清科和中國電子科技集團公司第四十五研究所。

　　關鍵詞：半導體設備；CMP；設備

       1 半導體設備概述

       晶 圓 制 造 過 程 主 要 包 括 擴 散 （ T h e r m a lProcess）、光刻（Photo- lithography）、刻蝕（Etch）、離子注入（Ion Implant）、薄膜生長（Dielectric Deposition）、化學機械拋光（CMP）、金屬化（Metalization）七個相互獨立的工藝流程（如圖1），這些工藝流程都會有相對應的晶圓制造設備來完成芯片制造流程 ^[1] 。晶圓制造設備主要包括光刻機、刻蝕機、薄膜設備、擴散離子注入設備、濕法設備、CMP拋光設備、過程檢測七大類。

　　CMP是一種集機械學、流體力學、材料化學、精細化工、控制軟件等多領城最先進技術于一體的設備，是集成電路制造設備中較為復雜和研制難度較大的設備之一 ^[2] 。

　　2 全球半導體設備市場規模

       據SEMI（國際半導體設備材料產業協會）公布的最新數據顯示（如圖2），2018年全球半導體設備市場規模為644.9億美元，較2017年566.2億美元增長了14%。其中，韓國半導體設備的市場規模約為177.2億美元，市場份額27%，居于榜首，與2017年179億美元的市場規模相比基本持平；2018年中國大陸的半導體設備市場規模僅次于韓國，約為131.1億美元，較2017年82.3億美元有顯著增長，增長率為59.2%，占全球半導體設備的市場份額約為20%；2018年中國臺灣地區半導體設備市場規模101.3億美元，居于全球第三，市場份額16%，與2017年114.9億美元的市場規模相比出現了負增長，增長率為-11.8%。

　　3 全球半導體晶圓制造設備市場規模

       據SEMI最新數據，2018年全球晶圓制造設備的市場規模約為521.5億美元（如圖3），占半導體設備總規模的81%，后道測試設備的市場規模為56.32億美元，占設備總體規模的9%，封裝設備的市場規模為40.13億美元，占總規模的6%，其他前道設備的市場規模為26.93億美元，占設備總規模的4%。

　　據SEMI統計，2018年全球晶圓制造設備中，刻蝕設備和光刻設備的市場規模最大，分別為115.5億美元和111.1億美元（如圖4），這兩類設備加起來占晶圓制造設備市場總規模的43%。

　　4 全球CMP設備市場規模

       2018年全球CMP設備的市場規模約為18.42億美元，約占晶圓制造設備4%的市場份額。其中韓國CMP設備的市場規模最大，約為4.74億美元，市場份額26%（如圖5），中國大陸CMP設備市場規模僅次韓國，約為4.59億美元，市場份額25%，北美地區CMP設備規模約為2.38億美元，市場份額13%，居于第三。

　　5 全球CMP設備市場競爭格局

       盡管中國大陸地區的CMP設備市場規模達4.59億美元，但90%的高端CMP設備均依賴于進口。據Gartner研究數據表明，2017年，全球CMP設備的供應商主要有Applied Materials（應材—美國）、Ebara（荏原—日本）和Tokyo Seimitsu（東京精密電子—日本），其中2017年應材CMP設備的銷售額為12.45億美元（如圖6），較2016年8.4億美元的銷售額增長了48.1%，占全球CMP設備71%的市場份額，荏原2017年CMP設備的銷售額為4.67億美元，較2016年3.87億美元增長了20.9%，占全球CMP設備27%的市場份額。可見，美國應材和日本荏原兩家公司加起來占全球CMP設備98%的市場份額，CMP設備市場高度壟斷。排名第三的東京精密電子2017年CMP設備的銷售額約為1410萬美元，較2016年1800萬美元的銷售額有較明顯下降，增長率為-21.8%。國內CMP設備的主要研發單位有天津華海清科和中國電子科技集團公司第四十五研究所，其中華海清科的拋光機已在中芯國際生產線上試用，2018年1月，華海清科的Cu &SiCMP設備進入上海華力。

　　6 CMP設備行業并購頻繁，集中度不斷提升

      在CMP設備市場激烈的競爭下, CMP設備廠商由1997年的20家逐漸集中在2017年的兩大龍頭企業（如表1），且CMP設備最大的供應商美國應材的市場份額依然呈現逐年遞增的態勢 ^[3] 。

　　盡管美國應材公司進入CMP設備領域比較晚(其第一臺CMP Mirra產品是1997年推出的)，但該公司能在非常短的時間內占領大部分市場。作為世界上最大的半導體加工設備公司，應材憑借其世界服務和性能保證資源優勢，從以前CMP設備市場領先的SpeedFam、Westech(IPEC)公司贏得了市場。IPEC和SpeedFam(曾一度是CMP設備的第一和第二供貨廠家)在應材公司和荏原公司的競爭中變得萎縮了。荏原是緊隨應材之后的CMP第二，該公司獲得了亞洲市場的大部分，是日本和臺灣地區市場的CMP設備最大供貨商。

　　參考文獻

　　[1]半導體制造工藝流程及其需要的設備和材料[R/OL].(2018-05-25).http://www.ck365.cn/anli/13/61440.html

　　[2]化學機械拋光在精密加工和超精密加工領域的應用[R/OL].(2017-06-30).https://www.sohu.com/a/153293442_99913194[3]Challenges & Opportunities in post CMP Cleans Innovation[R/OL].(2018-04-09).https://linxconferences.com/wp-content/uploads/2018/04/Michael-Wedlake-Business-of-Cleans.pdf

　　作者簡介

　　李丹，理學博士，中級工程師，賽迪顧問集成電路產業研究中心高級分析師，研究方向：集成電路材料與設備、化合物半導體、人工智能芯片。

　　本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第5期第11頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處