作者/星空下的夹心糖

编辑/菠菜的星空

排版/星空下的养乐多

你知道“汽车抛光”吗？

如果你的爱车漆面被轻度刮蹭，你一定知道汽车抛光。汽车抛光从定义上指的是使用机械或者化学的方式，使物体的表面粗糙度降低的一种处理方法。汽车抛光不仅可以去除车漆表面上的氧化层和划痕污渍，并且还能够让汽车光泽显得更加明亮，达到美容的效果。

事实上，“抛光”这一表面处理工艺的应用范围非常广泛。在晶圆制造中，也经常需要对晶圆表面进行平坦化处理。不过，半导体的制程都是以纳米计算，且对抛光的精度要求极高，传统的手工、目视、靠感觉的抛光方法肯定无法适用。

化学机械抛光（CMP）不但能够对硅片表面进行局部处理，同时也可以对整个硅片表面进行平坦化处理,是目前唯一能兼顾表面全局和局部平坦化的技术。在半导体工业中，CMP抛光虽然不及硅片制造、光刻等工艺知名，但也是不折不扣的核心技术。

一、晶圆也要抛光

对晶圆而言，抛光的重要性不仅仅是“美容”。CMP技术是晶圆制造的必须流程之一，对高精度、高性能晶圆制造至关重要。CMP抛光最早在年代被引入半导体制造中，用于减少晶片表面的不均匀性，几乎所有生产特征尺寸小于nm的半导体制造厂均采用了该工艺。

在晶圆制造中，CMP抛光材料成本占比不大，约占据总成本的7%，却是半导体生产过程中重复次数最多的步骤，且非常关键。CMP抛光是光刻的前置工艺，可以平整晶片表面的不平坦区域，抛光之后才可进行光刻。如果不经过抛光直接光刻，就相当于在沼泽地盖房子，再精密的光刻工艺也是“豆腐渣工程”。

资料来源：芯片半导体实验室

目前采取的主流工艺是用化学（液体）和机械（垫子）搭配使用的方式，简单来说，就是用腐蚀+打磨的方式抛光，和汽车抛光的原理相同，但高端了很多。在抛光工艺中，最重要的两种材料是抛光液和抛光垫，二者分别占据抛光材料成本的49%和33%。抛光液成分复杂，抛光垫的寿命极短，通常仅有45-75小时，两者都属于“勤拿少取”的高值耗材。下图展示了CMP抛光的工艺原理。

资料来源：安集科技招股书

CMP抛光液是CMP工艺中技术含量最高的材料，试错周期长，工艺复杂，我国长期被“卡脖子”。时至今日，全球CMP抛光液市场依然被美国和日本厂商垄断。从竞争格局看，Cabot、Versum、Hitachi、Fujimi和Dow五家美日厂商占据全球CMP抛光液市场近80%市场份额。国内企业的全球市占率在5%以下，虽然占比依然较小，但技术水平已经接近美日巨头，并基本解决了“卡脖子”问题，业务也在突飞猛进的发展之中。

由于需要抛光的材料不同，适配的CMP抛光液也有很多种，可以大致分为钨抛光液、铜抛光液和硅抛光液等，部分材料需要和下游客户联合定制开发。CMP抛光液包括磨料、pH调节剂、氧化剂、分散剂、表面活性剂等组分。配方和工艺是行业的核心技术，这其中，磨料虽然本身不是核心技术，但“对于磨料的深刻了解和应用”则是核心技术的一部分。

资料来源：东北证券研报

行业内每家公司的大致配比和整体流程无显著区别，但具体生产技术和核心工艺控制则是绝对的商业秘密。1%的核心工艺可能决定了99%的性能指标，这种特征在半导体行业非常普遍。

二、越先进，越要用

越是先进的半导体技术，越是要使用更多的CMP抛光液。随着集成电路技术的发展，CMP步骤数量和复杂性也大幅增加，对CMP材料种类和用量的需求也在增加。

如图所示，90nm的逻辑芯片只需要5-6种抛光液，CMP抛光步骤10步左右。但14nm以下逻辑芯片工艺要求的关键CMP工艺将达到20步以上，抛光液种类也达到20余种。7nm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30种。

资料来源：Cabot

CMP抛光技术也广泛应用于存储芯片。NAND存储芯片的也在经历从2D向3D结构的转变，年全球3DNAND的晶圆产量占比为82%，预计随着3DNAND的堆栈层数不断增加，层以上的3DNAND晶圆产量占比将逐步提升。对于CMP抛光步骤数近乎翻倍，并大幅提升抛光材料的需求。

CMP抛光液种类多，使用频繁，产品跨度大，单一产品具有高度的专用性，需要产品+服务+咨询的销售模式。“本土化、定制化、一体化”的国内企业具有更大的优势。国内企业本土化生产，具备性价比高、供应稳定的优势，随着研发和生产技术上的突破，国内企业拥有较大的国产替代空间。

对国内厂商来说，CMP抛光液是长坡厚雪的赛道。根据LinxConsulting，年全球CMP抛光液市场规模为16亿美元，年达到18亿美元，预计年达到22亿美元。根据ICInsights及KnometaResearch数据，年底中国大陆晶圆产能是全球产能的16%，预计年占比为19%，预计年中国CMP抛光液市场空间可达28亿元。下图展示了中国CMP抛光液市场规模预测。

资料来源：东北证券研报

三、CMP抛光液解决了卡脖子，为什么光刻胶不能

CMP抛光液和光刻胶分属晶圆制造中的“前后脚”工艺，本质上都是配方型产品，都有极高的knowhow壁垒，且都长期被美国和日本垄断，并制约着中国半导体行业的发展。

不过，时至今日，CMP抛光液已实现突破并持续放量，但高端光刻胶却迟迟没有解决“卡脖子”的问题，什么原因导致了这对“难兄难弟”的不同命运？

首先，光刻胶和CMP抛光液虽然都有较高的技术壁垒，但很显然光刻胶的壁垒更高一些。另外，光刻胶技术迭代风险很高，行业在历史上多次发生过行业龙头由于选错技术路径而迅速没落的情况，换句话说，“能做上一代光刻胶”和“能做下一代光刻胶”这两件事之间没有任何的联系。同时，光刻胶是一个系统性工程，需要搭配光刻机认证，行业验证周期非常漫长（至少2-3年），烧钱实在是太多。

更重要的是，光刻胶的市场空间与研发难度不成正比。根据TECHCET的研究报告，最先进的EUV光刻胶年的全球市场规模仅约0.6亿美元，预计到年也就2亿美元。但是，研发EUV光刻胶可能需要上百亿美元的费用，单单购买一台EUV光刻机用来做实验，其成本可能就高达1-3亿美元。单纯从个体经济效益来看，研发光刻胶大约相当于“研发可控核聚变驱动的拖拉机”。光刻胶虽然极度重要，但市场空间太小，是十足的“不可承受之轻”，高昂的研发费用和较小的市场空间让很多企业望而却步。

相比起来，CMP抛光液技术迭代风险较低，生产工艺相对简单，且认证周期较短，烧钱也不太多。另一方面，CMP抛光液市场空间巨大，且越是先进的制程使用的抛光液越多，这是一个良性循环，经济性很好，业内公司大可放心搞研发，不用担心卖不出去。

种种这些原因叠加起来，看似相近的两种材料却出现了不同的命运。CMP抛光液在近几年迎来了快速的发展，而光刻胶相对滞后。

对于CMP抛光液而言，我们需要把握机遇，大步前进，全面推进国产替代进程；对于光刻胶而言，单靠某一企业很难突破，更多需要“举国体制”的支持，系统性问题需要系统性的解决方案。

注：本文不构成任何投资建议。股市有风险，入市需谨慎。没有买卖就没有伤害。