作為半導體制造工藝的核心設備之一，刻蝕設備也是掌握半導體市場命脈的關鍵點。然而，根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)顯示，刻蝕設備由Lam Research、TEL、AMAT三大巨頭把控，合計全球市場占有率高達91％。國內(nèi)刻蝕設備雖然占比甚微，但好在有所依托。當前，中國刻蝕設備國產(chǎn)化重任由中微公司、北方華創(chuàng)、屹唐半導體共同擔起，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)務都取得了較高收入增長。

刻蝕原理及分類

刻蝕是用化學、物理或兩者結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雜結構應用中的局限性，當前市場應用以干法刻蝕為主，市占率高達90％以上。濕法刻蝕是用液體化學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、結構愈加復雜，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)化學或物理反應來實現(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。

刻蝕設備技術發(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入反應腔內(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，且微負載效應可以忽略不計。

刻蝕設備市場趨勢

近年來，5G、AIoT等新興技術合力推動下，產(chǎn)業(yè)智能化進程加速，下游應用市場需求迸發(fā)，拉動著全球半導體需求放量上漲，反向驅(qū)動上游半導體制造設備需求和技術更迭。據(jù)方正證券報告預計，全球晶圓制造設備（WFE）市場規(guī)模將達到850億美元量級。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示，預計至2025年，全球刻蝕設備市場規(guī)模將增長至155億美元，年復合增長率約為5％。全球半導體成長空間有望進一步拉大，刻蝕設備市場規(guī)模也將隨之進一步提升。

隨著先進制程線寬進一步縮小，對包括刻蝕在內(nèi)的半導體制造技術對精確度和重復性有著更高的要求。單論刻蝕技術，速率、各向異性、刻蝕偏差等指標都將成為影響芯片制造良率的因素，刻蝕設備的重要性日益突顯。

近年來，國產(chǎn)設備廠商邁入技術迅速發(fā)展、市場生態(tài)拓寬的全新發(fā)展期，國產(chǎn)設備逐漸受到產(chǎn)業(yè)鏈上下游的認可和采納。雖然國產(chǎn)半導體設備已經(jīng)逐漸走上發(fā)展正軌，但國產(chǎn)化率仍然處于較低水平，技術和產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設距離國際水準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)刻蝕設備龍頭

中微公司

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

北方華創(chuàng)

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

屹唐半導體

屹唐半導體產(chǎn)品包括干法刻蝕設備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鍵步驟的大規(guī)模量產(chǎn)。

參考資料：

1．半導體刻蝕機研究框架

2．半導體設備系列：刻蝕主賽道，有望加速導入國產(chǎn)設備