作為半導(dǎo)體制造工藝的核心設(shè)備之一，刻蝕設(shè)備也是掌握半導(dǎo)體市場命脈的關(guān)鍵點。然而，根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)顯示，刻蝕設(shè)備由Lam Research、TEL、AMAT三大巨頭把控，合計全球市場占有率高達(dá)91％。國內(nèi)刻蝕設(shè)備雖然占比甚微，但好在有所依托。當(dāng)前，中國刻蝕設(shè)備國產(chǎn)化重任由中微公司、北方華創(chuàng)、屹唐半導(dǎo)體共同擔(dān)起，根據(jù)三方數(shù)據(jù)，2020年國內(nèi)刻蝕龍頭中微公司、北方華創(chuàng)的刻蝕業(yè)務(wù)都取得了較高收入增長。

刻蝕原理及分類

刻蝕是用化學(xué)、物理或兩者結(jié)合的方法有選擇地去除沒有被抗蝕劑掩蔽的薄膜層，從而將圖形從光刻膠轉(zhuǎn)移到待刻蝕的薄膜上。按照工藝劃分，刻蝕分為濕法刻蝕和干法刻蝕，由于濕法刻蝕在小尺寸及復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的局限性，當(dāng)前市場應(yīng)用以干法刻蝕為主，市占率高達(dá)90％以上。濕法刻蝕是用液體化學(xué)劑去除襯底表面的材料，各向異性差，隨著器件特征尺寸縮小、結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，刻蝕精度難以保證。目前，濕法刻蝕主要用于清洗干法刻蝕殘留物。干法刻蝕則是利用等離子體實現(xiàn)化學(xué)或物理反應(yīng)來實現(xiàn)刻蝕。

按照刻蝕材料劃分，刻蝕可分為介質(zhì)刻蝕、硅刻蝕和金屬刻蝕。

刻蝕設(shè)備技術(shù)發(fā)展方向

電容性等離子體刻蝕CCP：將施加在極板上的射頻或直流電源通過電容耦合的方式在反應(yīng)腔內(nèi)形成等離子。能量高、精度低，主要用于介質(zhì)材料刻蝕。

電感性等離子體刻蝕ICP：將射頻電源的能量經(jīng)由電感線圈，以磁場耦合的形式進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)部，從而產(chǎn)生等離子體并用于刻蝕。能量低、精度高，主要用于硅刻蝕和金屬刻蝕。

電子回旋共振刻蝕ECR：使用帶電粒子在磁場中回旋轉(zhuǎn)動獲得能量，繼而電子碰撞增加產(chǎn)生高密度的等離子體。

變壓器耦合等離子體源TCP：TCP原理與ICP相似，區(qū)別是ICP為立體式電感線圈，而TCP為平面式。

ALE原子層刻蝕：通過一系列自限制反應(yīng)去除單個原子層，顆將刻蝕精度精確到一個原子層，即0．4nm，具有超高選擇率和均勻性，且微負(fù)載效應(yīng)可以忽略不計。

刻蝕設(shè)備市場趨勢

近年來，5G、AIoT等新興技術(shù)合力推動下，產(chǎn)業(yè)智能化進(jìn)程加速，下游應(yīng)用市場需求迸發(fā)，拉動著全球半導(dǎo)體需求放量上漲，反向驅(qū)動上游半導(dǎo)體制造設(shè)備需求和技術(shù)更迭。據(jù)方正證券報告預(yù)計，全球晶圓制造設(shè)備（WFE）市場規(guī)模將達(dá)到850億美元量級。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計至2025年，全球刻蝕設(shè)備市場規(guī)模將增長至155億美元，年復(fù)合增長率約為5％。全球半導(dǎo)體成長空間有望進(jìn)一步拉大，刻蝕設(shè)備市場規(guī)模也將隨之進(jìn)一步提升。

隨著先進(jìn)制程線寬進(jìn)一步縮小，對包括刻蝕在內(nèi)的半導(dǎo)體制造技術(shù)對精確度和重復(fù)性有著更高的要求。單論刻蝕技術(shù)，速率、各向異性、刻蝕偏差等指標(biāo)都將成為影響芯片制造良率的因素，刻蝕設(shè)備的重要性日益突顯。

近年來，國產(chǎn)設(shè)備廠商邁入技術(shù)迅速發(fā)展、市場生態(tài)拓寬的全新發(fā)展期，國產(chǎn)設(shè)備逐漸受到產(chǎn)業(yè)鏈上下游的認(rèn)可和采納。雖然國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備已經(jīng)逐漸走上發(fā)展正軌，但國產(chǎn)化率仍然處于較低水平，技術(shù)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)距離國際水準(zhǔn)也還存在著不小的差距。據(jù)國盛證券估算，中國刻蝕市場需求預(yù)計在200億元以上，國產(chǎn)化率不超過20％，仍然擁有較大的國產(chǎn)替代空間。

國內(nèi)刻蝕設(shè)備龍頭

中微公司

中微公司CCP刻蝕設(shè)備已經(jīng)順利交付1500臺，ICP設(shè)備也已累計交付100臺反應(yīng)腔。CCP刻蝕設(shè)備包括雙反應(yīng)臺Primo AD－RIE和單反應(yīng)臺HD－RIE，廣泛應(yīng)用于國際一線客戶從65nm至5nm、64層及128層3D NAND晶圓產(chǎn)線及先進(jìn)封裝生產(chǎn)線。

北方華創(chuàng)

自2005年第一臺8英寸ICP刻蝕機(jī)進(jìn)入生產(chǎn)線，北方華創(chuàng)ICP刻蝕機(jī)已經(jīng)取得國內(nèi)領(lǐng)先地位。截至2020年底，北方華創(chuàng)ICP刻蝕機(jī)交付突破1000臺。而2017年，該公司8英寸金屬刻蝕設(shè)備進(jìn)入國內(nèi)主流代工產(chǎn)線，打破了8英寸刻蝕機(jī)長期由國際壟斷的局面。

屹唐半導(dǎo)體

屹唐半導(dǎo)體產(chǎn)品包括干法刻蝕設(shè)備paradigmE系列，可用于65nm到5nm邏輯芯片、10nm系列DRAM芯片以及32層到128層閃存芯片制造中若干關(guān)鍵步驟的大規(guī)模量產(chǎn)。

參考資料：

1．半導(dǎo)體刻蝕機(jī)研究框架

2．半導(dǎo)體設(shè)備系列：刻蝕主賽道，有望加速導(dǎo)入國產(chǎn)設(shè)備