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來源：全景財經(jīng) 作為半導(dǎo)體制造三大核心工藝之一的刻蝕設(shè)備，其價值量占比達到了22%，是重要性僅次于光刻機的半導(dǎo)體設(shè)備，正迎市場增長和國產(chǎn)化雙機遇共振。 01 什么是刻蝕設(shè)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(shè)備，價值占比達60%以上。國際最先進芯片產(chǎn)線需要百億美元投資，70%以上用于購買設(shè)備，單條線需要十大類設(shè)備，170多種細(xì)分設(shè)備，合計約3000多臺各種類型的設(shè)備，其中光刻、刻蝕、薄膜沉積價值量最大，占比分別為17%、22%、22%�？涛g設(shè)備是重要性僅次于光刻機的半導(dǎo)體設(shè)備。 
半導(dǎo)體制作過程中，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(zhuǎn)移到光刻膠，而刻蝕工藝是把光刻膠上圖形轉(zhuǎn)移到薄膜，去除光刻膠后，即完成圖形從光罩到晶圓的轉(zhuǎn)移�？涛g利用化學(xué)或者物理的方法將晶圓表面附著的不必要的材質(zhì)進行去除的過程，根據(jù)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(jù)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、深溝等微觀結(jié)構(gòu)；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在整個刻蝕設(shè)備市場占比接近，據(jù)Gartner數(shù)據(jù)顯示，2022年ICP、CCP占刻蝕設(shè)備市場分別為47.9%、47.5%，二者合計占比約95%，幾乎占據(jù)了整個刻蝕設(shè)備市場全部份額。
02 當(dāng)下有什么值得關(guān)注的點？ 首先是邏輯芯片不斷突破，先進工藝刻蝕次數(shù)也不斷提升,對刻蝕設(shè)備的數(shù)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，晶體管柵極寬度納米數(shù)越小，芯片的性能也將隨之提升。當(dāng)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實現(xiàn)。據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會測算，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(shù)量、精度、重復(fù)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(shù)量（次） 資料來源：國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院 對于中國大陸邏輯電路制造而言，先進制程的主流工藝是FinFET工藝，受制于部分設(shè)備能力，國內(nèi)先進制程的發(fā)展目前還需要依賴多重曝光實現(xiàn)更小的尺寸，使得刻蝕技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的需求數(shù)量和重要性進一步提升。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(yīng)的刻蝕機制造的難度也隨之增加。 同時，3D NAND存儲芯片堆疊層數(shù)不斷增長，涉及的刻蝕步驟繁多，對設(shè)備的性能及數(shù)量都提出需求。 基于NAND閃存芯片的產(chǎn)品能夠快速處理數(shù)據(jù)，是當(dāng)今存儲卡、USB、固態(tài)硬盤等數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲方式背后的核心元件。當(dāng)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(shù)擴張晶圓上的單元數(shù)量，增大存儲容量。 3D NAND的構(gòu)建極大程度上依賴沉積和刻蝕工藝，無論是已經(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(shù)，這對刻蝕設(shè)備的深寬比提出了要求。 此外在現(xiàn)有技術(shù)下，堆疊層數(shù)越高，重復(fù)工藝次數(shù)越多，溝道孔洞等非重復(fù)性節(jié)點單次操作耗時更長，導(dǎo)致部分加工節(jié)點對刻蝕設(shè)備的需求可隨堆疊層數(shù)的增加而同比例增長。3D NAND的技術(shù)發(fā)展將為刻蝕設(shè)備的需求帶來新的增長動力。 在新的自主可控背景下，國產(chǎn)設(shè)備在內(nèi)資晶圓廠的滲透率正在快速提升，目前替代空間巨大。 刻蝕設(shè)備市場格局高度集中，海外三大廠商寡頭壟斷，占據(jù)總市場份額的90%。根據(jù)華經(jīng)情報研究院，2022年刻蝕龍頭LamResearch（LRCX、泛林半導(dǎo)體）市場份額占比46.7%。就我國本土市場而言，據(jù)智研咨詢統(tǒng)計，現(xiàn)階段中國刻蝕設(shè)備國產(chǎn)化率約在20%左右。海外廠商普遍成立時間較早，在技術(shù)經(jīng)驗、客戶資源、生態(tài)體系等方面均有較深積累，國產(chǎn)廠商均在2000年后成立，且主要客戶均為國內(nèi)晶圓廠，經(jīng)驗資源仍然欠缺。 不過根據(jù)中國海關(guān)進口數(shù)據(jù)顯示，2017年以來，刻蝕機進口數(shù)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(xiàn)下滑，同時也反映了國產(chǎn)刻蝕設(shè)備逐漸滿足我國晶圓廠的生產(chǎn)需求，在出廠數(shù)量和技術(shù)水平上均有所提升。2023年下半年進口數(shù)量未見明顯增加但單機價格呈現(xiàn)翻倍的增長，機構(gòu)判斷進口設(shè)備多集中在一些高技術(shù)壁壘高價值量的工藝環(huán)節(jié)。 并且，已經(jīng)有不少國產(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(jié)的高深寬比刻蝕領(lǐng)域，中微公司就自主開發(fā)了極高深比刻蝕機，該設(shè)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(zhǔn)直性，使得深孔及深槽刻蝕關(guān)鍵尺寸的大小符合規(guī)格。在3DNAND芯片制造環(huán)節(jié)，公司的等離子體刻蝕設(shè)備可應(yīng)用于64層和128層的量產(chǎn)，同時公司根據(jù)存儲器廠商的需求正在開發(fā)新一代設(shè)備，以滿足極高深寬比的刻蝕設(shè)備和工藝。 而應(yīng)用于CVD薄膜沉積、刻蝕等核心環(huán)節(jié)的半導(dǎo)體工藝控制核心射頻電源領(lǐng)域，國內(nèi)廠商英杰電氣、恒運昌、北廣科技與下游設(shè)備廠（中微股份、拓荊科技、北方華創(chuàng)等）共同成長，在射頻電源產(chǎn)品供應(yīng)方面已實現(xiàn)批量訂單突破。 其中英杰電氣應(yīng)用于半導(dǎo)體設(shè)備的射頻電源已實現(xiàn)批量訂單（截至2023年11月29日，已突破9000萬元訂單），正呈現(xiàn)逐漸增量的趨勢。恒運昌2019年底公司與沈陽拓荊科技有限公司正式簽署了戰(zhàn)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(xù)突破。北方微電子2020年公司以6397萬人民幣收購北廣科技射頻應(yīng)用技術(shù)相關(guān)資產(chǎn)，提高在射頻電源細(xì)分領(lǐng)域的核心競爭力。 03 市場空間有多大？ 半導(dǎo)體行業(yè)雖具有一定的周期性，但整體仍呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，以AI和5G為代表的技術(shù)創(chuàng)新將帶來新需求，為半導(dǎo)體行業(yè)帶來新的增長動力。 2023年12月12日SEMI發(fā)布了《年終總半導(dǎo)體設(shè)備預(yù)測報告》指出，半導(dǎo)體制造設(shè)備全球總銷售額預(yù)計將在2023年達到1000億美元，比2022年收縮6%。預(yù)計半導(dǎo)體制造設(shè)備將在2024年恢復(fù)增長，在前端和后端市場的推動下，2025年的銷售額預(yù)計將達到1240億美元的新高。
根據(jù)Gartner統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球集成電路制造干法刻蝕設(shè)備市場規(guī)模在2020-2025年期間發(fā)生一定波動，預(yù)計2025年市場規(guī)模約為181.85億美元，年復(fù)合增長率約為5.84%。
全球集成電路干法刻蝕設(shè)備市場規(guī)模（億美元） 中國大陸晶圓廠仍處于產(chǎn)能擴張階段，12英寸產(chǎn)線擴產(chǎn)空間較大，保障刻蝕設(shè)備需求。 據(jù)全球半導(dǎo)體觀察不完全統(tǒng)計，中國大陸預(yù)計至2024年底將建立32座大型晶圓廠，包括正在建設(shè)中的晶圓廠22座，以及未來中芯國際、晶合集成、合肥長鑫、士蘭微等廠商計劃建設(shè)10座，其中在建或計劃中12英寸晶圓廠共計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160.7萬片，規(guī)劃月產(chǎn)能423.3萬片，現(xiàn)有產(chǎn)能占比37.96%，8英寸月產(chǎn)能99.1萬片，規(guī)劃月產(chǎn)能155萬片，現(xiàn)有產(chǎn)能占比63.94%。長期來看，12英寸產(chǎn)線產(chǎn)能擴張空間可觀。晶圓代工行業(yè)擴產(chǎn)計劃的不斷推進也為刻蝕設(shè)備的需求增長保證了充足空間。 據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計，刻蝕設(shè)備市場規(guī)模在各類半導(dǎo)體設(shè)備中增速最高，2011-2021年年復(fù)合增長率達16.39%，2022年中國刻蝕設(shè)備市場規(guī)模為375.28億元，預(yù)計2023年有望達到500億元。隨著集成電路技術(shù)不斷發(fā)展，對刻蝕設(shè)備的性能和數(shù)量要求不斷提高，以及當(dāng)下核心設(shè)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(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備及MOCVD設(shè)備制造商，逐步向薄膜沉積設(shè)備等半導(dǎo)體設(shè)備延展。公司2004年成立以來，開發(fā)了CCP單/雙臺機、ICP單/雙臺機，可以覆蓋大部分刻蝕應(yīng)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(xù)突破。 在邏輯集成電路制造環(huán)節(jié)，公司開發(fā)的12英寸高端刻蝕設(shè)備已運用在國際國內(nèi)知名客戶65nm到5nm及下一代更先進的芯片生產(chǎn)線上；同時，公司根據(jù)先進集成電路廠商的需求，持續(xù)開發(fā)5nm及更先進刻蝕設(shè)備用于若干關(guān)鍵步驟的加工，并已獲得行業(yè)領(lǐng)先客戶的批量訂單。在3D NAND芯片制造環(huán)節(jié)，公司的等離子體刻蝕設(shè)備可應(yīng)用于64層和128層的量產(chǎn)，滿足更高深寬比的刻蝕設(shè)備正在研發(fā)中。 公司主要客戶包括臺積電、英特爾、聯(lián)華電子、格羅方德、海力士、意法半導(dǎo)體、華力、華虹、中芯國際、博世、長江存儲、長鑫存儲等。 北方華創(chuàng)則是國內(nèi)ICP刻蝕設(shè)備龍頭，ICP刻蝕產(chǎn)品出貨累計超過2000腔。2005年華創(chuàng)第一臺ICP硅刻蝕機進入生產(chǎn)線，目前是國內(nèi)主流客戶的優(yōu)選機臺。12英寸TSV深硅刻蝕機是國內(nèi)TSV量產(chǎn)生產(chǎn)線主力機臺，支持Chiplet工藝應(yīng)用。公司實現(xiàn)CCP刻蝕設(shè)備突破，2022年公司推出8英寸CCP刻蝕設(shè)備并開始批量供應(yīng)和12英寸CCP晶邊介質(zhì)刻蝕機已進入多家生產(chǎn)線驗證。 此外還有進行刻蝕設(shè)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)營的半導(dǎo)體設(shè)備公司，主要從事集成電路制造過程中所需晶圓加工設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，面向全球集成電路制造廠商提供包括干法去膠設(shè)備、快速熱處理設(shè)備、干法刻蝕設(shè)備在內(nèi)的集成電路制造設(shè)備及配套工藝解決方案。 屹唐股份現(xiàn)有兩款刻蝕設(shè)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(shè)備Novyka系列，二者目前均已研發(fā)至先進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水平階段。目前，公司刻蝕設(shè)備的主要客戶為三星電子和長江存儲。 |
