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來(lái)源：全景財經(jīng) 作為半導體制造三大核心工藝之一的刻蝕設備，其價(jià)值量占比達到了22%，是重要性?xún)H次于光刻機的半導體設備，正迎市場(chǎng)增長(cháng)和國產(chǎn)化雙機遇共振。 01 什么是刻蝕設備？ 集成電路制造經(jīng)歷上百道工藝，光刻、刻蝕、薄膜沉積是三大關(guān)鍵設備，價(jià)值占比達60%以上。國際最先進(jìn)芯片產(chǎn)線(xiàn)需要百億美元投資，70%以上用于購買(mǎi)設備，單條線(xiàn)需要十大類(lèi)設備，170多種細分設備，合計約3000多臺各種類(lèi)型的設備，其中光刻、刻蝕、薄膜沉積價(jià)值量最大，占比分別為17%、22%、22%�？涛g設備是重要性?xún)H次于光刻機的半導體設備。 
半導體制作過(guò)程中，薄膜沉積工藝是在晶圓上沉積一層待處理的薄膜，勻膠工藝把光刻膠涂抹在薄膜上，光刻和顯影工藝把光罩上的圖形轉移到光刻膠，而刻蝕工藝是把光刻膠上圖形轉移到薄膜，去除光刻膠后，即完成圖形從光罩到晶圓的轉移�？涛g利用化學(xué)或者物理的方法將晶圓表面附著(zhù)的不必要的材質(zhì)進(jìn)行去除的過(guò)程，根據被刻蝕材料的不同，刻蝕可分為介質(zhì)刻蝕、硅刻蝕、金屬刻蝕。根據產(chǎn)生等離子體方法的不同，分為電容性等離子體刻蝕（CCP）和電感性等離子體刻蝕（ICP）。
其中CCP刻蝕主要是介質(zhì)刻蝕，即高能離子在較硬的介質(zhì)材料上刻蝕高深寬比的深孔、深溝等微觀(guān)結構；而ICP刻蝕主要是硅刻蝕和金屬刻蝕，即以較低的離子能量和極均勻的離子濃度刻蝕較軟的和較薄的材料。 ICP、CCP在整個(gè)刻蝕設備市場(chǎng)占比接近，據Gartner數據顯示，2022年ICP、CCP占刻蝕設備市場(chǎng)分別為47.9%、47.5%，二者合計占比約95%，幾乎占據了整個(gè)刻蝕設備市場(chǎng)全部份額。
02 當下有什么值得關(guān)注的點(diǎn)？ 首先是邏輯芯片不斷突破，先進(jìn)工藝刻蝕次數也不斷提升,對刻蝕設備的數量和質(zhì)量提出了更高的要求。 更小的制程是集成電路研發(fā)生產(chǎn)的不懈追求，工藝越先進(jìn)，晶體管柵極寬度納米數越小，芯片的性能也將隨之提升。當前國際上高端量產(chǎn)芯片從7nm向5nm、3nm甚至更小的尺寸發(fā)展，其核心工藝必須借助刻蝕機的多次刻蝕來(lái)實(shí)現。據國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )測算，一片7nm集成電路所經(jīng)歷刻蝕工藝140次，較28nm生產(chǎn)所需的40次增加2.5倍。此外，更多的步驟、更小的尺寸以及不同的材料對刻蝕機的數量、精度、重復性等都提出更高的要求。
不同制程集成電路所需刻蝕工藝數量（次） 資料來(lái)源：國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院 對于中國大陸邏輯電路制造而言，先進(jìn)制程的主流工藝是FinFET工藝，受制于部分設備能力，國內先進(jìn)制程的發(fā)展目前還需要依賴(lài)多重曝光實(shí)現更小的尺寸，使得刻蝕技術(shù)及相關(guān)設備的需求數量和重要性進(jìn)一步提升。除此之外基于金屬硬掩模的雙大馬士革等工藝也提高了刻蝕的難度，相應的刻蝕機制造的難度也隨之增加。 同時(shí)，3D NAND存儲芯片堆疊層數不斷增長(cháng)，涉及的刻蝕步驟繁多，對設備的性能及數量都提出需求。 基于NAND閃存芯片的產(chǎn)品能夠快速處理數據，是當今存儲卡、USB、固態(tài)硬盤(pán)等數字數據存儲方式背后的核心元件。當下主流的3D NAND存儲是在垂直層面上增加存儲單元，從而倍數擴張晶圓上的單元數量，增大存儲容量。 3D NAND的構建極大程度上依賴(lài)沉積和刻蝕工藝，無(wú)論是已經(jīng)投入量產(chǎn)的64層和128層，還是正在研發(fā)中的超300層3D NAND，都是增加了堆疊的層數，這對刻蝕設備的深寬比提出了要求。 此外在現有技術(shù)下，堆疊層數越高，重復工藝次數越多，溝道孔洞等非重復性節點(diǎn)單次操作耗時(shí)更長(cháng)，導致部分加工節點(diǎn)對刻蝕設備的需求可隨堆疊層數的增加而同比例增長(cháng)。3D NAND的技術(shù)發(fā)展將為刻蝕設備的需求帶來(lái)新的增長(cháng)動(dòng)力。 在新的自主可控背景下，國產(chǎn)設備在內資晶圓廠(chǎng)的滲透率正在快速提升，目前替代空間巨大。 刻蝕設備市場(chǎng)格局高度集中，海外三大廠(chǎng)商寡頭壟斷，占據總市場(chǎng)份額的90%。根據華經(jīng)情報研究院，2022年刻蝕龍頭LamResearch（LRCX、泛林半導體）市場(chǎng)份額占比46.7%。就我國本土市場(chǎng)而言，據智研咨詢(xún)統計，現階段中國刻蝕設備國產(chǎn)化率約在20%左右。海外廠(chǎng)商普遍成立時(shí)間較早，在技術(shù)經(jīng)驗、客戶(hù)資源、生態(tài)體系等方面均有較深積累，國產(chǎn)廠(chǎng)商均在2000年后成立，且主要客戶(hù)均為國內晶圓廠(chǎng)，經(jīng)驗資源仍然欠缺。 不過(guò)根據中國海關(guān)進(jìn)口數據顯示，2017年以來(lái)，刻蝕機進(jìn)口數量在2021年達到巔峰，2022年受到行業(yè)周期以及相關(guān)出口禁令的影響出現下滑，同時(shí)也反映了國產(chǎn)刻蝕設備逐漸滿(mǎn)足我國晶圓廠(chǎng)的生產(chǎn)需求，在出廠(chǎng)數量和技術(shù)水平上均有所提升。2023年下半年進(jìn)口數量未見(jiàn)明顯增加但單機價(jià)格呈現翻倍的增長(cháng)，機構判斷進(jìn)口設備多集中在一些高技術(shù)壁壘高價(jià)值量的工藝環(huán)節。 并且，已經(jīng)有不少?lài)a(chǎn)企業(yè)在技術(shù)、訂單方面有較為明顯的突破。 例如，3DNAND工藝中最困難環(huán)節的高深寬比刻蝕領(lǐng)域，中微公司就自主開(kāi)發(fā)了極高深比刻蝕機，該設備用400KHz取代2MHz作為偏壓射頻源，以獲得更高的離子入射能量和準直性，使得深孔及深槽刻蝕關(guān)鍵尺寸的大小符合規格。在3DNAND芯片制造環(huán)節，公司的等離子體刻蝕設備可應用于64層和128層的量產(chǎn)，同時(shí)公司根據存儲器廠(chǎng)商的需求正在開(kāi)發(fā)新一代設備，以滿(mǎn)足極高深寬比的刻蝕設備和工藝。 而應用于CVD薄膜沉積、刻蝕等核心環(huán)節的半導體工藝控制核心射頻電源領(lǐng)域，國內廠(chǎng)商英杰電氣、恒運昌、北廣科技與下游設備廠(chǎng)（中微股份、拓荊科技、北方華創(chuàng )等）共同成長(cháng)，在射頻電源產(chǎn)品供應方面已實(shí)現批量訂單突破。 其中英杰電氣應用于半導體設備的射頻電源已實(shí)現批量訂單（截至2023年11月29日，已突破9000萬(wàn)元訂單），正呈現逐漸增量的趨勢。恒運昌2019年底公司與沈陽(yáng)拓荊科技有限公司正式簽署了戰略合作備忘錄。2022年6月17日，拓荊科技以自有資金人民幣2000萬(wàn)元向恒運昌增資并參股恒運昌，增資后持有其3.51%的股份。在PECVD射頻電源領(lǐng)域持續突破。北方微電子2020年公司以6397萬(wàn)人民幣收購北廣科技射頻應用技術(shù)相關(guān)資產(chǎn)，提高在射頻電源細分領(lǐng)域的核心競爭力。 03 市場(chǎng)空間有多大？ 半導體行業(yè)雖具有一定的周期性，但整體仍呈現快速增長(cháng)態(tài)勢，以AI和5G為代表的技術(shù)創(chuàng )新將帶來(lái)新需求，為半導體行業(yè)帶來(lái)新的增長(cháng)動(dòng)力。 2023年12月12日SEMI發(fā)布了《年終總半導體設備預測報告》指出，半導體制造設備全球總銷(xiāo)售額預計將在2023年達到1000億美元，比2022年收縮6%。預計半導體制造設備將在2024年恢復增長(cháng)，在前端和后端市場(chǎng)的推動(dòng)下，2025年的銷(xiāo)售額預計將達到1240億美元的新高。
根據Gartner統計數據，全球集成電路制造干法刻蝕設備市場(chǎng)規模在2020-2025年期間發(fā)生一定波動(dòng)，預計2025年市場(chǎng)規模約為181.85億美元，年復合增長(cháng)率約為5.84%。
全球集成電路干法刻蝕設備市場(chǎng)規模（億美元） 中國大陸晶圓廠(chǎng)仍處于產(chǎn)能擴張階段，12英寸產(chǎn)線(xiàn)擴產(chǎn)空間較大，保障刻蝕設備需求。 據全球半導體觀(guān)察不完全統計，中國大陸預計至2024年底將建立32座大型晶圓廠(chǎng)，包括正在建設中的晶圓廠(chǎng)22座，以及未來(lái)中芯國際、晶合集成、合肥長(cháng)鑫、士蘭微等廠(chǎng)商計劃建設10座，其中在建或計劃中12英寸晶圓廠(chǎng)共計24座，占擴產(chǎn)比例的75%。 具體產(chǎn)能方面，中國大陸目前12英寸晶圓月產(chǎn)能160.7萬(wàn)片，規劃月產(chǎn)能423.3萬(wàn)片，現有產(chǎn)能占比37.96%，8英寸月產(chǎn)能99.1萬(wàn)片，規劃月產(chǎn)能155萬(wàn)片，現有產(chǎn)能占比63.94%。長(cháng)期來(lái)看，12英寸產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能擴張空間可觀(guān)。晶圓代工行業(yè)擴產(chǎn)計劃的不斷推進(jìn)也為刻蝕設備的需求增長(cháng)保證了充足空間。 據華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院統計，刻蝕設備市場(chǎng)規模在各類(lèi)半導體設備中增速最高，2011-2021年年復合增長(cháng)率達16.39%，2022年中國刻蝕設備市場(chǎng)規模為375.28億元，預計2023年有望達到500億元。隨著(zhù)集成電路技術(shù)不斷發(fā)展，對刻蝕設備的性能和數量要求不斷提高，以及當下核心設備國產(chǎn)化的主流趨勢，刻蝕行業(yè)前景依舊廣闊。 04 相關(guān)企業(yè)有哪些？ 中微公司是國內領(lǐng)先的半導體刻蝕設備及MOCVD設備制造商，逐步向薄膜沉積設備等半導體設備延展。公司2004年成立以來(lái)，開(kāi)發(fā)了CCP單/雙臺機、ICP單/雙臺機，可以覆蓋大部分刻蝕應用，并且在高壁壘卡脖子領(lǐng)域例如極高深寬比和大馬士革工藝方面持續突破。 在邏輯集成電路制造環(huán)節，公司開(kāi)發(fā)的12英寸高端刻蝕設備已運用在國際國內知名客戶(hù)65nm到5nm及下一代更先進(jìn)的芯片生產(chǎn)線(xiàn)上；同時(shí)，公司根據先進(jìn)集成電路廠(chǎng)商的需求，持續開(kāi)發(fā)5nm及更先進(jìn)刻蝕設備用于若干關(guān)鍵步驟的加工，并已獲得行業(yè)領(lǐng)先客戶(hù)的批量訂單。在3D NAND芯片制造環(huán)節，公司的等離子體刻蝕設備可應用于64層和128層的量產(chǎn)，滿(mǎn)足更高深寬比的刻蝕設備正在研發(fā)中。 公司主要客戶(hù)包括臺積電、英特爾、聯(lián)華電子、格羅方德、海力士、意法半導體、華力、華虹、中芯國際、博世、長(cháng)江存儲、長(cháng)鑫存儲等。 北方華創(chuàng )則是國內ICP刻蝕設備龍頭，ICP刻蝕產(chǎn)品出貨累計超過(guò)2000腔。2005年華創(chuàng )第一臺ICP硅刻蝕機進(jìn)入生產(chǎn)線(xiàn)，目前是國內主流客戶(hù)的優(yōu)選機臺。12英寸TSV深硅刻蝕機是國內TSV量產(chǎn)生產(chǎn)線(xiàn)主力機臺，支持Chiplet工藝應用。公司實(shí)現CCP刻蝕設備突破，2022年公司推出8英寸CCP刻蝕設備并開(kāi)始批量供應和12英寸CCP晶邊介質(zhì)刻蝕機已進(jìn)入多家生產(chǎn)線(xiàn)驗證。 此外還有進(jìn)行刻蝕設備業(yè)務(wù)拓展的屹唐股份，目前正在沖擊IPO。公司面向全球經(jīng)營(yíng)的半導體設備公司，主要從事集成電路制造過(guò)程中所需晶圓加工設備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售，面向全球集成電路制造廠(chǎng)商提供包括干法去膠設備、快速熱處理設備、干法刻蝕設備在內的集成電路制造設備及配套工藝解決方案。 屹唐股份現有兩款刻蝕設備，主要覆蓋存儲芯片的制備。2007年推出ParadigmE系列，2020年推出高選擇比刻蝕和原子層級材料移除設備N(xiāo)ovyka系列，二者目前均已研發(fā)至先進(jìn)10nmDRAM芯片和256層3D閃存芯片制造，公司在干法刻蝕領(lǐng)域仍處于追趕國際先進(jìn)水平階段。目前，公司刻蝕設備的主要客戶(hù)為三星電子和長(cháng)江存儲。 |
