【研報】電子行業半導體材料系列報告（3）：拋光液、墊CMP工藝關鍵耗材-20200424[22頁].pdf

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1、 table_main 行業深度模板 證券證券研究報告研究報告行業行業深度深度研究研究 半導體材料系列報告（半導體材料系列報告（3 3） 拋光拋光液液/ /墊墊：C CMPMP 工藝關鍵耗材工藝關鍵耗材 拋光液拋光液/墊是墊是 CMP 關鍵耗材關鍵耗材，對高精度晶圓制造至關重要，對高精度晶圓制造至關重要 化學機械拋光（CMP）是晶圓制造的關鍵步驟，其作用在于減少晶 圓表面的不平整，而拋光液、拋光墊是 CMP 技術的關鍵耗材，價值 量較高，分別占 CMP 耗材 49%和 33%的價值量，其品質直接影響 著拋光效果，因而對提高晶圓制造質量至關重要。拋光液/墊技術壁 壘較高，高品質的拋光液需要綜合控

2、制磨料硬度、粒徑、形狀、各 成分質量濃度等要素， 而拋光墊則更加看重低缺陷率和長使用壽命。 隨著制程不斷迭代，未來拋光材料將往專用化和定制化方向發展。 產業整體向好結合技術迭代，產業整體向好結合技術迭代，拋光材料市場拋光材料市場穩健穩健增長增長 全球半導體產業規模巨大，且在不斷增長，半導體材料作為半導體 行業發展的基礎， 將伴隨產業紅利持續增長。 拋光液、 拋光墊是 CMP 工藝的重要耗材，約占拋光材料價值量的 80%，市場規模增長穩健。 同時，由于最新的技術需要更多次的 CMP 拋光操作，隨著芯片制程 的不斷提高，以及 3D NAND 技術的不斷普及，技術迭代也將進一 步推動拋光材料需求增長

3、。2018 年全球拋光液、拋光墊市場規模合 計 20.1 億美元，預計 2023 年將達到 28.4 億美元，復合增長率 7%。 美美系系廠商壟斷市場，替代需求愈加強烈，國產廠商迎來機遇廠商壟斷市場，替代需求愈加強烈，國產廠商迎來機遇 目前全球拋光墊市場呈現一家獨大的市場格局，陶氏化學占有絕對 主導地位，市占率高達 79%。拋光液市場同樣以國外廠商為主，行 業龍頭 Cabot 微電子市占率達 36%，但市場格局呈現分散化趨勢。 隨著半導體產業逐漸向中國大陸轉移，國內半導體材料需求持續增 長，但國產供給缺口十分巨大，國產化率僅 10%，替代需求強烈。 隨著需求的多樣化和對品質要求的提高，未來拋光

4、材料將逐步向專 用化、定制化方向發展，這為立足國內市場的國產廠商提供了機遇。 國產廠商國產廠商已已實現拋光材料突破，未來增長可期實現拋光材料突破，未來增長可期 在拋光液領域， 安集微電子自成立以來便專注于拋光液研發與生產， 并快速取得市場突破，先后打入中芯國際、臺積電等廠商供應體系， 成為國內拋光液龍頭。公司保持高于行業的毛利水平，營收及利潤 穩定增長。公司注重研發，曾負責國家“02 專項”，不斷推出滿足更 高要求的拋光液產品，并已實現 130-28nm 技術節點量產。在拋光墊 領域，鼎龍股份自 2013 年開始拓展拋光墊業務，憑借扎實的技術積 累及資本運作，于 2018 年在拋光墊領域取得突

5、破。此后產品陸續通 過國內各大 8 寸、12 寸晶圓廠驗證，并取得訂單。公司重視拋光墊 業務發展，持續加大研發和生產投入，拋光墊業務有望貢獻新動能。 投資建議投資建議 半導體需求紅利疊加產業轉移，利好上游材料市場，同時技術迭代 推動拋光材料市場持續增長。國內巨大的供需缺口帶來巨大的替代 空間和強烈的國產替代需求，利好國內拋光材料企業。建議關注安 集科技（688019.SH）、鼎龍股份（300054.SZ）。 風險提示風險提示 疫情影響致景氣度不確定，技術創新不達預期，市場推廣不達預期 維持維持 買入買入 雷鳴雷鳴 執業證書編號：S1440518030001 研究助理研究助理 劉雙鋒劉雙鋒 研究

6、助理研究助理 朱立文朱立文 13760275647 發布日期： 2020 年 04 月 24 日 市場表現市場表現 相關研究報告相關研究報告 20.04.24 【中信建投電子】半導體材料系列報告 （1）光刻膠：高精度光刻關鍵材料 20.04.24 【中信建投電子】半導體材料系列報告 （2）掩模版：電路圖形光刻的底片 20.04.24 【中信建投電子】半導體材料系列報告 （3）拋光液/墊：CMP 工藝關鍵耗材 -19% 1% 21% 41% 61% 81% 2019/4/22 2019/5/22 2019/6/22 2019/7/22 2019/8/22 2019/9/22 2019/10/22

7、 2019/11/22 2019/12/22 2020/1/22 2020/2/22 2020/3/22 電子滬深300 table_indusname 電子電子 行業深度研究報告 table_page 電子電子 請參閱最后一頁的重要聲明 表表 1：相關公司盈利預測與估值（更新至：相關公司盈利預測與估值（更新至 2020 年年 4 月月 23 日收盤價）日收盤價） 公司公司 股價股價 （元）（元） 市值市值 ( (億元億元) ) 歸母凈利潤（億元）歸母凈利潤（億元） 凈利潤增速凈利潤增速 PE 17 18 19 20E 21E 17 18 19 20E 21E 17 18 19 20E 21E

8、 安集科技 176.66 93.82 0.40 0.45 0.66 0.80 0.97 7% 13% 46% 22% 22% 187 165 152 125 102 鼎龍股份 11.76 115.42 3.36 2.93 0.39 2.19 2.74 40% -13% -87% 467% 25% 33 37 286 52 41 資料來源：wind，中信建投證券研究發展部 表表 2：重點公司核心重點公司核心邏輯邏輯 股票代碼股票代碼 公司公司 核心邏輯核心邏輯 688019.SH 安集科技 安集科技 CMP 拋光材料處于國內領先地位，正在積極進行 28-14nm 產品的 客戶推廣和 10-7nm

9、 新技術節點的研發，同時正在加大投入擴建拋光液產能。 隨著技術的突破和產能的擴張，安集科技將充分受益中國半導體行業紅利。 預計 2020 年安集科技拋光液業務營收將達到 2.8 億元，同比增長 20%，毛利 保持在 54%，總體營收將達到 3.5 億元，同比增長 23%，毛利保持在 50%。 300054.SZ 鼎龍股份 得益于在彩色聚合碳粉領域的豐富經驗，公司在拋光墊領域有著天然優勢， 生產線達到國際先進水平，目前已通過驗證并獲得 8 寸、12 寸晶圓廠訂單。 公司已投入 7000 萬元用于顯示基板材料及 CMP 產業化項目。未來鼎龍股份 拋光墊業務有望在國產替代趨勢下快速增長，成為公司新的

10、增長動力。預計 2020 年鼎龍股份 CMP 拋光墊業務營收將達到 0.9 億元，毛利保持在 17%， 總體業務將達到 14.6 億元，毛利將達 37%。 資料來源：wind，中信建投證券研究發展部 pOoRmMtPmRqOoMmNxPnMnO9PdNaQoMrRtRoOjMoOtPeRsQsM8OqRmMNZqMmQxNnOmN 行業深度研究報告 table_page 電子電子 請參閱最后一頁的重要聲明 目錄目錄 拋光液、拋光墊CMP 主要耗材，半導體制造的剛性需求 . 1 半導體紅利結合技術迭代，拋光材料市場持續增長 . 4 國產拋光材料起步晚，替代空間巨大 . 6 Cabot Micro

11、electronics：全球拋光液龍頭 . 7 Dow：全球拋光墊絕對領導者 . 8 安集微電子：步步為營，逐步成長為國內拋光液龍頭 . 9 鼎龍股份：技術實力扎實，打造國內拋光墊第一廠商 . 12 投資建議 . 15 風險提示 . 16 圖目錄圖目錄 圖 1：集成電路制造流程 . 1 圖 2：CMP 作用前后效果圖 . 1 圖 3：CMP 工作原理圖 . 2 圖 4：拋光材料價值量占比 . 2 圖 5：CMP 相關產業鏈 . 2 圖 6：拋光墊實物圖 . 3 圖 7：拋光液實物圖 . 3 圖 8：全球半導體市場規模 . 4 圖 9：全球半導體材料市場規模 . 4 圖 10：2018 年半導體

12、市場規模全球占比 . 4 圖 11：2010-2018 年中國集成電路產業銷售額 . 4 圖 12：全球拋光材料市場規模 . 5 圖 13：2014-2020 年全球 CMP 市場規模增長 . 5 圖 14：CMP 拋光步驟隨制程提高而增加 . 5 圖 15：3D NAND 拋光步驟數是 2D NAND 的兩倍 . 5 圖 16：全球 CMP 拋光液市場格局. 6 圖 17：全球 CMP 拋光墊市場格局. 6 圖 18：2012-2017 年中國半導體制造材料國產化情況 . 6 圖 19：晶圓制造各材料國產化率 . 6 圖 20：Cabot 拋光液產品的收入結構 . 7 圖 21：2018 年

13、 Cabot 營收地區結構 . 7 圖 22：陶氏拋光墊產品平坦度越來越高 . 8 圖 23：陶氏拋光墊缺陷率越來越低 . 8 圖 24：安集微電子發展歷史 . 9 圖 25：安集微電子 2016-2018 年營收情況 . 9 圖 26：安集微電子毛利率與同業公司對比 . 9 圖 27：安集微電子主營業務收入 . 11 行業深度研究報告 table_page 電子電子 請參閱最后一頁的重要聲明 圖 28：安集微電子主營業務收入占比 . 11 圖 29：鼎龍股份主營業務收入 . 14 圖 30：鼎龍股份主營業務收入占比 . 14 圖 31：鼎龍股份單季度營業收入與凈利潤 . 14 圖 32：鼎龍

14、股份累計季度營業收入與凈利潤 . 14 表目錄表目錄 表 1：相關公司盈利預測與估值（更新至 2020 年 4 月 23 日收盤價） . 2 表 2：重點公司核心邏輯 . 2 表 3：CMP 拋光液組成及簡介. 3 表 4：陶氏歷代拋光墊產品介紹 . 8 表 5：化學機械拋光液募投項目情況 . 10 表 7：安集微電子盈利預測（股價取 2020 年 4 月 23 日收盤價） . 11 表 8：鼎龍股份拋光墊業務發展節點 . 12 表 9：鼎龍股份收入拆分與預測（百萬元） . 13 表 10：鼎龍股份盈利預測（百萬元）（股價取 2020 年 4 月 23 日收盤價）. 13 表 11：相關公司盈

15、利預測與估值（更新至 2020 年 4 月 23 日收盤價） . 15 1 行業深度研究報告 HTTP:/RESEARCH.CSC.COM.CN table_page 電子電子 請參閱最后一頁的重要聲明 拋光液、拋光液、拋光墊拋光墊CMP 主要耗材，半導體主要耗材，半導體制造制造的剛性需求的剛性需求 化學機械拋光（化學機械拋光（CMP）技術是晶圓制造的必須流程之一，對高精度、高性能晶圓制造至關重要。）技術是晶圓制造的必須流程之一，對高精度、高性能晶圓制造至關重要。晶圓制造 主要包括 7 大流程，分別是擴散（Thermal Process）、光刻（Photo lithography）、刻蝕（Et

16、ch）、離子注入（Ion Implant）、薄膜生長（Dielectric Deposition）、化學機械拋光（CMP）、金屬化（Metalization）?；瘜W機械拋 光（CMP）最早在 1980 年代被引入半導體制造中，用于減少晶片表面的不均勻性，幾乎所有生產特征尺寸小于 0.35 微米的半導體制造廠均采用了該工藝。CMP 可以平整晶片表面的不平坦區域，并可以以更高的精度進行后 續光刻。CMP 使芯片制造商能夠繼續縮小電路面積并擴展光刻工具的性能。 圖圖 1：集成電路制造流程：集成電路制造流程 資料來源：WSTS，中信建投證券研究發展部 圖圖 2：CMP 作用前后效果圖作用前后效果圖 資

17、料來源：3M，中信建投證券研究發展部 2 行業深度研究報告 HTTP:/RESEARCH.CSC.COM.CN table_page 電子電子 請參閱最后一頁的重要聲明 拋光液、拋光墊是拋光液、拋光墊是 CMP 工藝中不可或缺的材料，有著工藝中不可或缺的材料，有著較較高的價值量。高的價值量。CMP 工藝集合了拋光液的化學（酸 性或堿性）效應以及微磨料的機械效應，將晶圓固定在可旋轉的載體中（單頭或多頭），并將拋光墊放置在一 個可旋轉的平臺上，兩者在一定壓力及拋光液的作用下相互運動，以實現晶圓表面的高度平坦化。CMP 拋光材 料總體占到晶圓制造所需各類材料成本的 7%，其中拋光液、拋光墊有著較高的

18、價值量，分別占到拋光材料的 49%和 33%，其他拋光材料還包括拋光頭、研磨盤、檢測設備、清洗設備等。 圖圖 3：CMP 工作原理圖工作原理圖 圖圖 4：拋光材料價值量占比：拋光材料價值量占比 資料來源：3M，中信建投證券研究發展部 資料來源：產業信息網，中信建投證券研究發展部 CMP 工藝應用廣泛，為拋光材料工藝應用廣泛，為拋光材料提出提出多重需求。多重需求。CMP 工藝在芯片制造、半導體分立器件加工、電子元器 件加工、藍寶石表面加工等領域有著廣泛應用。CMP 工藝有著多種應用對象，包括 Cu CMP、Cu 阻擋層 CMP、 鎢 CMP、氧化物 CMP、HKMG 氧化物 CMP、HKMG 電

19、極 CMP、選擇性淺溝槽隔離技術（S-STI）CMP。 圖圖 5：CMP 相關產業鏈相關產業鏈 資料來源：知網，中信建投證券研究發展部 拋光液是均勻分散膠粒乳白色膠體，主要起到拋光、潤滑、冷卻的作用。拋光液是均勻分散膠粒乳白色膠體，主要起到拋光、潤滑、冷卻的作用。根據酸堿性可以分為酸性拋光液 和堿性拋光液，根據應用場景可以分為金屬拋光液和非金屬拋光液。以堿性 SiO2 拋光液為例，其重要成分包含 3 行業深度研究報告 HTTP:/RESEARCH.CSC.COM.CN table_page 電子電子 請參閱最后一頁的重要聲明 磨料（SiO2 膠粒）、堿、去離子水、表面活性劑、氧化劑、穩定劑等。

20、SiO2 膠粒主要作用是進行機械摩擦并吸 附腐蝕產物，要求硬度適當，尺寸在 1-100nm。堿性溶液在拋光過程中主要起到腐蝕作用，因避免引入 Na+、 K+等金屬離子，其組成通常是有機胺，其 PH 值一般為 9.4-11.1 之間。氧化劑用于加速腐蝕反應速率，由于 Si 本身與堿反應速率較慢， 而 SiO2 與堿反應速率較快， 氧化劑可將表層 Si 進行氧化， 從而獲得較快的腐蝕速度。 表面活性劑用于不溶性顆粒，防止膠粒凝聚沉淀。 表表 3：CMP 拋光液拋光液組成組成及簡介及簡介 原料原料組成組成 簡介簡介 磨料 在拋光過程中通過微切削、微劃擦、滾壓等方式作用于工件被加工表面，去除表面材料。

21、磨料 的硬度、粒徑、形狀以及在拋光液中的質量濃度等綜合因素決定了磨粒的去除行為及能力 PH 值調節劑 調節拋光液的 PH 值， 以保證拋光過程化學反應的進行， CMP 拋光液一般分為酸性與堿性兩類， 前者常用于金屬拋光，后者常用于非金屬拋光 氧化劑 在拋光表面形成一層結合力弱的氧化膜，有利于后續機械去除，在氧化劑的氧化腐蝕與磨料研 磨的共同作用下，被加工表面可達到高質量全局平坦化效果 分散劑 提高拋光液的分散穩定性， 減少溶液中磨料粒子的團聚， 從而使磨料均勻懸浮分散在拋光液中， 并具有足夠的分布穩定性 表面活性劑 改善拋光液的分散穩定性，使分散劑吸附在磨料表面，增強顆粒間的排斥作用 資料來源

22、：CNKI，中信建投證券研究發展部 拋光墊是一種拋光墊是一種疏松多孔的材料，疏松多孔的材料，具有一定彈性，一般是聚亞氨酯類，主要作用是存儲和傳輸拋光液，對硅具有一定彈性，一般是聚亞氨酯類，主要作用是存儲和傳輸拋光液，對硅 片提供一定的壓力并對其表面進行機械摩擦。片提供一定的壓力并對其表面進行機械摩擦。 拋光墊具有類似海綿的機械特性和多孔特性， 表面有特殊的溝槽， 可提高拋光均勻性。 拋光墊雖不與硅片直接接觸， 但仍同拋光液一樣屬于消耗品， 其壽命往往只有 45-75 小時， 需要定時整修和更換。 圖圖 6：拋光墊：拋光墊實物圖實物圖 圖圖 7：拋光液：拋光液實物圖實物圖 資料來源：CNKI，中

23、信建投證券研究發展部 資料來源：CNKI，中信建投證券研究發展部 CMP 技術對拋光材技術對拋光材料品料品質要求嚴格，質要求嚴格， 高品質高品質材料研發技術材料研發技術難度難度高。高。 拋光液由磨料、 PH 值調節劑、 氧化劑、 分散劑、表面活性劑等多種成分混合而成， 介質復雜度很高。 高品質拋光液的關鍵在于控制磨料的硬度、 粒徑、 形狀等因素，同時使得各成分達到合適的質量濃度，以達到最好的拋光效果。拋光墊由于在拋光的過程中會不 斷消耗，因而其使用壽命成為衡量拋光墊優良的重要技術指標，越長的壽命越有利于晶圓廠維持生產的穩定。 此外，缺陷率對于衡量拋光墊的優良程度同樣重要，這一指標在納米制程的晶

24、圓生產中尤為重要。 4 行業深度研究報告 HTTP:/RESEARCH.CSC.COM.CN table_page 電子電子 請參閱最后一頁的重要聲明 半導體紅利結合技術迭代，拋光材料市場持續增長半導體紅利結合技術迭代，拋光材料市場持續增長 半導體產業紅利帶動材料市場持續增長。半導體產業紅利帶動材料市場持續增長。全球半導體市場自 2016 年至 2018 年經歷了復合增長率 18%的高 速增長，達到 4690 億美元規模，雖 2019 年市場收縮，但預計未來兩年全球半導體市場將重新迎來高速增長， 有望達到 13%的復合增長率。半導體材料是半導體行業發展的基礎，將伴隨半導體行業發展持續增長。20

25、18 年 半導體材料市場達到 519 億美元，占全球半導體整體規模的 11%。預計到 2023 年，半導體材料市場將突破 600 億美元，復合增長率達 4.3%。 圖圖 8：全球半導體市場規模：全球半導體市場規模 圖圖 9：全球半導體材料市場規模：全球半導體材料市場規模 資料來源：Infineon，中信建投證券研究發展部 資料來源：SEMI，Techcet，中信建投證券研究發展部 背靠全球規模最大、 增速最快半導體市場， 國產半導體材料有著極佳的成長環境。背靠全球規模最大、 增速最快半導體市場， 國產半導體材料有著極佳的成長環境。 2001 年以來亞太地區 （不 含日本）半導體市場年復合增長率

26、達 12.2%，是全球增長最快的地區。到 2018 年，亞太地區（不含日本）半導 體市場規模占全球的 60%，是排名第二的美國的近三倍，是歐洲地區的近 7 倍。2014-2018 年中國集成電路產業 銷售額以超過 20%的年復合增長率高速增長，增速超過全球平均水平，到 2018 年達到近 6500 億元規模。 圖圖 10：2018 年半導體市場規模全球占比年半導體市場規模全球占比 圖圖 11：2010-2018 年中國集成電路產業銷售額年中國集成電路產業銷售額 資料來源：WSTS，中信建投證券研究發展部 資料來源：中國半導體行業協會，中信建投證券研究發展部 拋光材料是半導體材料的重要組成部分，

27、整體增長穩健。拋光材料是半導體材料的重要組成部分，整體增長穩健。2014-2020 年，全球 CMP 拋光材料市場以 6%的 年復合增長率穩定增長，預計到 2020 年全球拋光材料市場規模將達到 32.1 億美元。拋光液和拋光墊在 CMP 材 料中價值占比最高，合計約占 80%左右。2016-2018 年拋光液、拋光墊合計市場規模復合增長率 7%，至 2018 年市場規模達到 20.1 億美元， 其中拋光液和拋光墊市場規模分別為 12.7 億美元和 7.4 億美元。 預計到 2023 年， 全球拋光液和拋光墊市場規模將達到 28.4 億美元，拋光液和拋光墊市場將分別達到 17.9 億美元、10

28、.5 億美元。 5 行業深度研究報告 HTTP:/RESEARCH.CSC.COM.CN table_page 電子電子 請參閱最后一頁的重要聲明 圖圖 12：全球拋光材料市場規模：全球拋光材料市場規模 圖圖 13：2014-2020 年全球年全球 CMP 市場規模增長市場規模增長 資料來源：Cabot，中信建投證券研究發展部 資料來源：IEEE，中信建投證券研究發展部 技術迭代進一步推動需求增長。技術迭代進一步推動需求增長。在 7nm 工藝取得巨大成功之后，臺積電最新制程工藝已經推進到了 5nm， 20 年二季度便可實現量產， 將應用在蘋果最新的 A14 芯片上。 三星于 2019 年取得了

29、 5nm 制程技術， 最快于 2020 年底進行正式稼動。制程越先進，需要的 CMP 拋光步驟就越多，14nm 制程需要 22 次 CMP 拋光，7nm 制程則 需要高達 29 次 CMP 拋光。制程的不斷推進將推動拋光材料的需求增長。此外，NAND 存儲芯片同樣正在經歷 從 2D 結構到 3D 結構的技術革新，3D NAND 中拋光步驟達到 16 次，是 2D NAND 的兩倍，對拋光材料的需求 同樣將翻倍增長。 圖圖 14：CMP 拋光步驟隨制程提高而增加拋光步驟隨制程提高而增加 圖圖 15：3D NAND 拋光步驟數是拋光步驟數是 2D NAND 的兩倍的兩倍 資料來源：SEMI，中信建

30、投證券研究發展部 資料來源：Cabot，中信建投證券研究發展部 專用化、定制化是拋光材料未來發展方向。專用化、定制化是拋光材料未來發展方向?；瘜W機械拋光 CMP 技術在多領域均有應用，且隨著技術的進 步各領域對于 CMP 技術專用化的要求也將越來越高。 比如拋光液在不同的應用領域需要不同的特性， 分化出銅 及銅阻擋層拋光液、鎢拋光液、硅粗拋光液等分類，分別應用于邏輯芯片、存儲芯片、硅晶片等不同領域，隨 著芯片制程的提高以及技術的改進，拋光液專用化程度將逐漸提高。CMP 技術是一個非常復雜的過程，要達到 最優的拋光效果需要綜合考慮多方面的因素。比如拋光墊在缺陷率提高的同時，則會導致平坦度的降低，隨著 制程的提高這種矛盾將更加突顯，因而對于先進制程工藝，需要定制化地給出滿足要求的拋