CMP设备：如何让芯片跑出千亿次运算

2026-07-17

一枚指甲盖大小的芯片，集成了数百亿个晶体管，运算速度可达每秒千亿次。这背后，除了光刻、刻蚀等精密工艺，还有一道鲜为人知却不可或缺的工序——化学机械抛光（CMP）。

如果说光刻机是芯片的雕刻师，那么CMP设备就是那个让芯片表面平整如镜的磨皮大师。

一、为什么芯片需要打磨？

芯片制造是一个层层堆叠的过程。每沉积一层薄膜，表面都会变得高低不平，如果不处理，下一层的光刻就会失焦，导致电路短路或断路。

CMP工艺的作用，就是通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合，把晶圆表面打磨到纳米级的平整度。

具体来说，抛光头将晶圆压贴在旋转的抛光垫上，借助抛光液中的化学物质腐蚀表面材料，再通过磨粒的物理摩擦将其去除。

这种“化学+机械”的双重作用，既能避免单纯机械抛光造成的表面损伤，又能克服单纯化学抛光速度慢、平整度差的缺点。

最终，晶圆表面粗糙度可以控制在0.5纳米以下，相当于头发丝直径的十万分之一。

二、制程越先进，越离不开CMP

随着芯片制程从微米级进入纳米级，CMP的工序数量急剧增加。

以逻辑芯片为例，65纳米制程需要约12道CMP步骤，而到了7纳米以下，抛光步骤增至30余道，涵盖了氧化硅、钨、铜、氮化硅、鳍式多晶硅等多种材料的抛光需求。

存储芯片同样如此。从2D NAND发展到3D NAND，堆叠层数从64层延伸到128层以上，所需的CMP步骤从6.4道增加到13.6道，带动了CMP设备需求的持续增长。

值得一提的是，与光刻机、刻蚀机等设备不同，CMP设备受摩尔定律的影响较小，在较长时间内不存在颠覆性的技术迭代。

应用于28nm和14nm的CMP设备没有显著差异，仅是特定模块技术的优化。这也使得后来者有机会通过局部技术突破追赶国际巨头。

三、产业链全景

CMP产业链可分为上游原材料与核心耗材、中游设备制造、下游应用三个环节。

➣上游：核心耗材——抛光液与抛光垫

CMP工艺的核心耗材是抛光液和抛光垫，两者合计占CMP耗材成本的80%以上。抛光液负责与晶圆表面发生化学反应，抛光垫则负责存储和输送抛光液、带走研磨碎屑。

全球CMP耗材市场长期被美日企业垄断。抛光液市场由Entegris（原Cabot）、Fujimi等企业主导，2024年全球前6家公司合计市占率超85%。抛光垫市场更是高度集中，美国杜邦占据全球75%以上的市场份额，前4家龙头企业合计占约90%。

中国企业正在加速突破。安集科技是国内CMP抛光液龙头，2024年全球市占率约10%，产品已覆盖全品类。鼎龙股份是国内CMP抛光垫龙头，已实现全品类、全技术节点布局，产品进入长江存储、中芯国际等主流晶圆厂。

值得关注的是，中国对日本CMP材料的依赖正在从“全面依赖”转向“高端依赖”：28nm及以上成熟制程，国产抛光液和抛光垫已实现较高比例导入；但在14nm及以下节点，高端CMP设备、抛光液、抛光垫及关键原材料仍主要依赖日美供应体系。

14nm 及以下先进制程，高端 CMP 抛光液所需核心研磨颗粒与特种添加剂，对美日供应链进口依赖度仍超 90%。

➣中游：设备制造——双寡头垄断与国产突围

全球CMP设备市场长期呈现高度集中态势。美国应用材料和日本荏原合计占据全球约90%以上的CMP设备市场份额，尤其在14nm以下先进制程产线中形成垄断。

中国企业中，华海清科是目前国内唯一实现12英寸CMP设备规模化量产的企业，已实现28nm制程全覆盖并批量供货，14nm制程若干关键工艺设备处于客户端验证阶段。公司产品已深度导入中芯国际、长江存储、华虹半导体等头部晶圆厂，占据国产CMP设备销售90%以上份额。

晶亦精微是国内唯一实现8英寸CMP设备境外批量销售的企业，其12英寸设备已在28nm制程产线完成工艺验证。

值得一提的是，2025年12月，中微公司公告拟收购众硅科技控股权，补齐CMP设备这一关键工艺拼图，向“刻蚀—沉积—平坦化”工艺系统覆盖的平台型半导体设备厂商迈进。

➣下游：三大应用场景驱动需求增长

CMP设备广泛应用于三大领域：硅片制造（约3%）、集成电路制造（约87%）、先进封装（约10%）。集成电路制造是CMP设备最主要的下游市场，其中逻辑芯片制造占比最大，其次是3D NAND和DRAM制造。

四、市场格局：寡头垄断与国产突围

全球CMP设备市场长期呈现高度集中态势。

根据市场研究数据，2025年全球CMP设备市场规模约22亿美元，预计2032年将增长至29亿美元，年复合增长率约4.4%。

另一组数据显示，2025年全球市场规模约43亿美元，预计2032年将达到94亿美元，复合增长率约11.7%。

不同统计口径的数据虽有差异，但都指向同一个趋势——市场正在稳步扩张。（两组预测数据统计口径不同，22 亿 / 29 亿仅包含 CMP 整机设备；43 亿 / 94 亿为设备 + 全部 CMP 耗材合计市场）

竞争格局上，美国应用材料和日本荏原稳坐第一梯队，长期垄断高端12英寸CMP设备市场。

中国企业起步较晚，但正在加速追赶。华海清科是目前国内唯一实现12英寸CMP设备规模化量产的企业，已深度导入中芯国际、长江存储、华虹半导体等头部晶圆厂，占据国产CMP设备销售90%以上份额。

晶亦精微则是国内唯一实现8英寸CMP设备境外批量销售的企业，其12英寸设备已在28nm制程产线完成工艺验证。

此外，众硅科技等新兴厂商也在积极布局，推出了覆盖6英寸、8英寸、12英寸的全系列产品，其中6英寸设备已获多家第三代半导体产线订单。

五、未来驱动力

展望未来，CMP设备的需求增长主要来自三大驱动力：

第一，先进制程持续推进。3nm、2nm甚至更小节点的研发和量产，将进一步提升CMP工艺步骤数和精度要求。

第二，AI算力爆发拉动HBM需求。 深度学习、大语言模型等应用对高带宽内存（HBM）的需求猛增，而HBM制造涉及硅通孔（TSV）、晶圆级封装等先进工艺，这些环节需要大量CMP工序。

第三，第三代半导体兴起。 碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料在新能源汽车、5G基站等领域加速渗透。

以碳化硅为例，从6英寸向8英寸晶圆过渡已成为降低成本的关键策略，这将带来新的CMP设备采购需求。

据东海证券测算，2026年中国大陆CMP设备市场空间约14.7亿美元，CMP耗材市场空间不低于11.8亿美元。

CMP设备虽不像光刻机那样耀眼，却是芯片制造中不可或缺的“隐形冠军”。随着中国半导体产业链自主可控的诉求日益强烈，以华海清科为代表的国产厂商正在打破海外垄断，逐步站稳脚跟。

未来，谁能在精度、智能化和服务化布局上持续突破，谁就能在这场“磨”出来的竞赛中赢得先机。