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化学机械抛光(CMP)设备市场概况
发布时间:2020-09-27 22:16

  作者/李丹博士 赛迪顾问 集成电路产业研究中心高级分析师 (北京 100048)

  摘要:在芯片微细化和互连多层化的趋势下,CMP工艺是集成电路制造的核心技术,CMP设备主要用于CMP工艺中,主要实现芯片平坦化。目前,CMP设备市场主要由美国应材和日本荏原两家公司高度垄断,尤其是美国应材2017年占有CMP设备市场71%的市场份额。国内CMP设备的主要研发单位有天津华海清科和中国电子科技集团公司第四十五研究所。

  晶 圆 制 造 过 程 主 要 包 括 扩 散 ( T h e r m a lProcess)、光刻(Photo- lithography)、刻蚀(Etch)、离子注入(Ion Implant)、薄膜生长(Dielectric Deposition)、化学机械抛光(CMP)、金属化(Metalization)七个相互独立的工艺流程(如图1),这些工艺流程都会有相对应的晶圆制造设备来完成芯片制造流程[1]。晶圆制造设备主要包括光刻机、刻蚀机、薄膜设备、扩散\离子注入设备、湿法设备、CMP抛光设备、过程检测七大类。

  CMP是一种集机械学、流体力学、材料化学、精细化工、控制软件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设备之一[2]。

  据SEMI(国际半导体设备材料产业协会)公布的最新数据显示(如图2),2018年全球半导体设备市场规模为644.9亿美元,较2017年566.2亿美元增长了14%。其中,韩国半导体设备的市场规模约为177.2亿美元,市场份额27%,居于榜首,与2017年179亿美元的市场规模相比基本持平;2018年中国大陆的半导体设备市场规模仅次于韩国,约为131.1亿美元,较2017年82.3亿美元有显著增长,增长率为59.2%,占全球半导体设备的市场份额约为20%;2018年中国台湾地区半导体设备市场规模101.3亿美元,居于全球第三,市场份额16%,与2017年114.9亿美元的市场规模相比出现了负增长,增长率为-11.8%。

  据SEMI最新数据,2018年全球晶圆制造设备的市场规模约为521.5亿美元(如图3),占半导体设备总规模的81%,后道测试设备的市场规模为56.32亿美元,占设备总体规模的9%,封装设备的市场规模为40.13亿美元,占总规模的6%,其他前道设备的市场规模为26.93亿美元,占设备总规模的4%。

  据SEMI统计,2018年全球晶圆制造设备中,刻蚀设备和光刻设备的市场规模最大,分别为115.5亿美元和111.1亿美元(如图4),这两类设备加起来占晶圆制造设备市场总规模的43%。

  2018年全球CMP设备的市场规模约为18.42亿美元,约占晶圆制造设备4%的市场份额。其中韩国CMP设备的市场规模最大,约为4.74亿美元,市场份额26%(如图5),中国大陆CMP设备市场规模仅次韩国,约为4.59亿美元,市场份额25%,北美地区CMP设备规模约为2.38亿美元,市场份额13%,居于第三。

  尽管中国大陆地区的CMP设备市场规模达4.59亿美元,但90%的高端CMP设备均依赖于进口。据Gartner研究数据表明,2017年,全球CMP设备的供应商主要有Applied Materials(应材—美国)、Ebara(荏原—日本)和Tokyo Seimitsu(东京精密电子—日本),其中2017年应材CMP设备的销售额为12.45亿美元(如图6),较2016年8.4亿美元的销售额增长了48.1%,占全球CMP设备71%的市场份额,荏原2017年CMP设备的销售额为4.67亿美元,较2016年3.87亿美元增长了20.9%,占全球CMP设备27%的市场份额。可见,美国应材和日本荏原两家公司加起来占全球CMP设备98%的市场份额,CMP设备市场高度垄断。排名第三的东京精密电子2017年CMP设备的销售额约为1410万美元,较2016年1800万美元的销售额有较明显下降,增长率为-21.8%。国内CMP设备的主要研发单位有天津华海清科和中国电子科技集团公司第四十五研究所,其中华海清科的抛光机已在中芯国际生产线月,华海清科的Cu &SiCMP设备进入上海华力。

  在CMP设备市场激烈的竞争下, CMP设备厂商由1997年的20家逐渐集中在2017年的两大龙头企业(如表1),且CMP设备最大的供应商美国应材的市场份额依然呈现逐年递增的态势[3]。

  尽管美国应材公司进入CMP设备领域比较晚(其第一台CMP Mirra产品是1997年推出的),但该公司能在非常短的时间内占领大部分市场。作为世界上最大的半导体加工设备公司,应材凭借其世界服务和性能保证资源优势,从以前CMP设备市场领先的SpeedFam、Westech(IPEC)公司赢得了市场。IPEC和SpeedFam(曾一度是CMP设备的第一和第二供货厂家)在应材公司和荏原公司的竞争中变得萎缩了。荏原是紧随应材之后的CMP第二,该公司获得了亚洲市场的大部分,是日本和台湾地区市场的CMP设备最大供货商。

  李丹,理学博士,中级工程师,赛迪顾问集成电路产业研究中心高级分析师,研究方向:集成电路材料与设备、化合物半导体、人工智能芯片。

  本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第5期第11页,欢迎您写论文时引用,并注明出处

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