突破美日技術壟斷!國產蝕刻機困境破局,對中國半導體影響有多大

2020-12-03 國器CountChine

開篇提醒:本期的支線將從晶片製造的整個流程中,重點帶出「蝕刻步驟」中的尖端設備——蝕刻機,然後主線將從全球蝕刻機的市場形勢,拉回到國產蝕刻機的現狀和進度,弄清楚新生的中國蝕刻機企業,是如何突破美日老牌蝕刻大廠的技術圍堵。「蝕刻機不是光刻機、蝕刻機不是光刻機、蝕刻機不是光刻機,重要的事情說三遍。

縱觀整個晶片半導體製造流程,大體可分為晶片設計、晶圓生產、晶片封裝到最終的晶片測試四大步驟,而在這些工藝環節中就要用到光刻機、蝕刻機等半導體製造設備。

2019年12月,根據國際半導體產業協會SEMI的預測數據顯示,2019年整年全球半導體設備市場份額為576億美元,而配套的系統和服務售後市場超過了800億美元。其中薄膜設備、蝕刻機、光刻機分別以20%、20%、18%的規模位居前三。可見晶片製造最為尖端、研發難度最大的光刻機並未佔據主要份額,我們比較陌生的蝕刻機卻是賣得最多的設備。

所以本期視頻我們就要著重講講蝕刻機的江湖風雲。

總體上看,全球生產半導體設備的高手主要集中在歐美日韓等地區,像光刻機市場盟主荷蘭ASML公司,以75%的份額幾乎壟斷了全球市場。薄膜設備市場盟主美國應用材料,市場規模佔比超40%。好,視線轉回到蝕刻機市場,仍然是美國的企業科林研發,以高達45%的市場份額穩居第一,日本東京電子以26%的佔比位居第二,而最終留給國產蝕刻機的市場僅僅不到5%。

老牌巨頭在上千億美元的蝕刻機市場上角逐,給新生的國產蝕刻機企業帶來了不小壓力,商業競爭、技術壟斷、市場門檻等等,中國半導體行業面臨的形勢依然嚴峻,那麼蝕刻機的地位到底有多重要?我們如今發展到了什麼地步,有沒有與國外大廠一較高下的實力。

結合晶片整個生產流程,我們深入了解下蝕刻的具體過程。

晶片生產流程的第一步——集成電路圖的設計,這一步往往是在電腦上繪製完成,設計出的電路可以滿足所需的邏輯計算功能,然後在光罩上製作出相同布局的電路,這種光罩也被稱為掩膜版。接下來就是通過特定的光源光束照射光罩,將電路印刻在晶圓上,那麼印刻的具體過程又是怎樣的呢?

首先我們先要在晶圓表面塗上光刻膠,這種光致抗蝕劑遇到紫外光後就會溶解,所以光束通過光罩射在晶圓表面的電路圖部分就會溶解,然後用溶劑將溶解的部分衝走,光刻機根據晶圓表面殘留的光刻膠布局「描繪」製作出線路圖,其中光刻機的曝光工序就是整個晶片流程中最難的一步,這也體現了光刻機的地位和價值。

如果說光刻機通過機身複雜的設備在晶圓上畫了一幅平面畫,展現了人類物理工藝的極限。那麼接下來的蝕刻機則是根據這幅畫,雕刻出有溝壑的3D作品,在晶圓上形成柵極和電晶體,由於使用的化學用料比較多,所以蝕刻機更偏向於化學工藝的特性。

蝕刻步驟完成後,接下來就是離子摻雜和薄膜沉積工藝,使得電晶體間可以做到導電連通和數據的傳輸。之後經過「晶圓針測」檢測出合格的良品,便可以進行最後的切割和封裝,得到一顆顆晶片,去掉不合格的廢品。

如果說我們要製作7納米製程的晶片,除了需要7納米加工工藝的光刻機外,蝕刻機也必須具備7納米的工藝能力。

目前國產光刻機的水平工藝仍然在28納米開外,而全球最先進的光刻機是荷蘭ASML公司,研製的7納米級紫外EUV光刻機,可見在光刻機上我們仍有不小的差距。

但在國產蝕刻機方面,中國中微公司已經實現了28納米到40納米蝕刻機的量產,7納米蝕刻機已經小批量進入到臺積電的產線中,早在2017年中微率先宣布攻克了5納米工藝的蝕刻技術,並且通過了臺積電的技術驗證,這比全球第二家掌握5納米工藝技術的美國IBM公司提前了兩個星期。

於2004年創立的中微半導體,是由尹志堯帶領15人的研發團隊聯合組建的,而在此之前尹志堯博士曾就職於美國半導體大廠應用材料,團隊成員也有不少在科林研發工作的經歷。這個10多人的研發團隊為中微的成長積攢了技術經驗。

中微半導體成立後的主打產品主要是蝕刻機和MOCVD設備,其中MOCVD作為製作LED晶片的核心設備,中微已經完全打破了美國維科和德國愛思強兩家企業的壟斷。不僅在國內市場上中微半導體做到了全面取代,在全球市場上中微的MOCVD設備份額從零上升到了70%。

隨著晶片工藝製程的提高,原來一道光刻步驟只需對應一道蝕刻,而現在一道光刻要經過多道蝕刻,才能完成電晶體及其內部結構的雕刻。所以在晶片生產線中,蝕刻機的數量比重也在不斷提高,市場日益增加的需求也是新生蝕刻機企業的機會。

蝕刻機主要分為等離子蝕刻機和矽通孔蝕刻機,前者主要用於線寬小、精度要求高的晶片蝕刻,所以價格相對要高。而後者主要用於線寬大、晶圓後續步驟的封裝上。中微半導體專攻的就是技術要求嚴格的等離子蝕刻機,機身整體國產率已經超過70%。

在技術層面上,中微半導體研發的高精度蝕刻機已經接近全球高端水平,但相較於科林研發和東京電子等老牌供應商,作為中國蝕刻機龍頭的中微,在企業的市場發展上仍有近20年的距離,這種距離主要體現在應用方面和市場佔有率上。剛剛掌握高端蝕刻技術的中微,需要一定的時間周期來驗證產品,相比於老牌企業穩定的客戶關係,市場的拓展也是其必須經歷的過程。

正如4月份尹志堯在去年的業績說明會上,回答投資者時說道:國外不同地區的客戶,接受中國設備的門檻很高,我們還需要足夠的耐心來提高市場的佔有率。

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    而在蝕刻階段,就需要蝕刻機!蝕刻機的地位等同於光刻機,晶片生產缺一不可!世界上能夠生產EUV光刻機的企業,只有荷蘭的阿斯麥ASML,而能做蝕刻機的公司正是中國的一家公司---中微半導體,是目前中國唯一的蝕刻機巨頭。
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  • 最強國產5nm晶片蝕刻機誕生:再次打破技術封鎖
    ;」要知道在全球範圍內,只有兩家企業擁有5nm晶片蝕刻機,其中一家就是我們的中微集團,作為晶片製造產業最為重要的一環,中微集團所取得的技術突破,無疑也將會進一步推動我國半導體晶片行業的發展。5nm晶片蝕刻機;要知道在晶片製造領域,不僅僅光刻機重要,同樣晶片蝕刻機也非常重要,尤其是高性能晶片對晶片蝕刻機的精密程度有著密不可分的關係,而此前我國在蝕刻機技術開發上,雖然一直和世界先進的企業之間,並不存在太大的關係,一直都緊隨其後,而如今中微集團成功研製出了5nm的晶片蝕刻機,5nm晶片蝕刻機的技術突破也直接打破了夠沒國家的封鎖,未來隨著5nm晶片普及,
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