來源：每日財報
作者：劉雨辰
如果目前在光刻機領域我們還無力做出改變，那麼已經佔據優勢的刻蝕機領域勢必會成為國產替代的先鋒
近期關於華為已經沒有晶片的信息被外界熱議，國產晶片的發展前途也再次成為熱點。前一段時間《每日財報》用系列文章對國內半導體行業的現狀做了介紹，在設備領域重點剖析了技術難度最大的光刻膠，今天就帶大家深入了解國內最具優勢的半導體設備——刻蝕機。
在晶片的製造過程中，有三大關鍵工序，分別是光刻、刻蝕、沉積。這三大工序在生產的過程中，不斷的重複循環，最終製造成為晶片。而在這三大關鍵工序中，要用到三種關鍵設備，分別是光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設備。這三大設備佔所有製造設備投入的22％、22％、20％左右，是三種佔比最高的半導體設備，可見這三種設備是多麼的重要了。
什麼是刻蝕？
刻蝕是利用化學或者物理的方法將晶圓表面附著的不必要的材質進行去除的過程。刻蝕工藝順序位於鍍膜和光刻之後，即在晶圓上先將用於刻畫電路的材料進行薄膜沉積，其上沉積光刻膠。
光刻機和刻蝕機的用途，很多人不是太清楚。簡單的來說，光刻機又叫掩模對準曝光機，就是用光將掩膜上的電路結構複製到矽片上，刻蝕機很多人喜歡叫蝕刻機，這樣和光刻機就一字之差，更好的理解。刻蝕機就是把複製到矽片上的電路結構進行微雕，雕刻出溝槽和接觸點，好讓線路能夠放進去，這就是刻蝕機最牛的地方。
刻蝕的材質包括矽及矽化物、氧化矽、氮化矽、金屬及合金、光刻膠等，刻蝕按照被刻蝕材料劃分，主要分為矽刻蝕、介質刻蝕以及金屬刻蝕，其中介質刻蝕與矽刻蝕機佔比分別為 49％和 48％，金屬刻蝕佔比僅為3％。通過有針對性的對特定材質進行刻蝕，才能使得晶圓製造不同的步驟所製造的電路之間相互影響降至最低，使晶片產品具有良好的性能。
按照刻蝕工藝劃分，主要分為幹法刻蝕以及溼法刻蝕，幹法刻蝕主要利用反應氣體與等離子體進行刻蝕，溼法刻蝕工藝主要是將刻蝕材料浸泡在腐蝕液內進行腐蝕。目前來看，幹法刻蝕在半導體刻蝕中佔據絕對主流低位，市場佔比達到95％。事實上，成為主流工藝方式是有原因的，幹法刻蝕的最大優勢在於能夠實現各向異性刻蝕，即刻蝕時可控制僅垂直方向的材料被刻蝕，而不影響橫向材料，從而保證細小圖形轉移後的保真性。溼法刻蝕由於刻蝕方向的不可控性，導致其在高製程很容易降低線寬寬度，甚至破壞線路本身設計，導致生產晶片品質變差。
近年來全球刻蝕機市場規模有顯著提升，原因有二：第一，全球半導體產線資本開支提升，尤其是我國近年來建設大量晶圓廠以及存儲產線，帶來大量刻蝕機需求；第二，製程提升帶動刻蝕機加工時長提升，對刻蝕機本身需求增長。由於光刻機在20nm 以下光刻步驟收到光波長度的限制，因此無法直接進行光刻與刻蝕步驟，而是通過多次光刻、刻蝕生產出符合人們要求的更微小的結構。
目前普遍採用多重模板工藝原理，即通過多次沉積、刻蝕等工藝，實現10nm 線寬的製程。根據相關數據，14nm製程所需使用的刻蝕步驟達到64次，較 28nm提升60％；7nm製程所需刻蝕步驟更是高達140次，較14nm提升118％，這就直接增加了刻蝕工藝的資本支出。
從晶圓代工廠角度出發，摩爾定律仍然有效，更高階製程依然在研發中。臺積電正在向3nm及更高端製程進行研發，3nm 預計於明年進行量產。基於此，晶圓廠對於刻蝕本身的資本開支還將提升，在整體製造工藝未發生較大變化的情況下，晶圓代工廠中刻蝕設備的佔比也將持續提升。
全球競爭格局和國內企業的地位
目前來看，刻蝕機尤其是介質刻蝕機，是我國最具優勢的半導體設備領域，也是國產替代佔比最高的重要半導體設備之一。
根據 IC Insights 的相關數據，目前我國主流設備中，去膠設備、刻蝕設備、熱處理設備、清洗設備等的國產化率均已經達到 20％以上，而這之其中市場規模最大的則要數刻蝕設備。
我國目前在刻蝕設備商代表公司為中微公司、北方華創以及屹唐半導體。但從全球範圍內來看，刻蝕機設備的廠商相對較少，行業整體處於寡頭壟斷格局。代表企業主要是美國的 Lam Research（泛林半導體）、AMAT（應用材料）、日本的TEL（東京電子）等企業。這三家企業佔據全球半導體刻蝕機的94％的市場份額，而其他參與者合計僅佔6％。其中，Lam Research 佔比高達55％，為行業的絕對龍頭，東京電子與應用材料分別佔比20％和19％。
科創板上市的中微公司在業內較為領先，工藝節點已經達到5nm；北方華創目前能夠生產28nm的矽刻蝕機，14nm目前也在研發和小範圍試產過程中。在矽刻蝕機方面，北方華創在國內技術方面一直處於領先地位，但是相比於海外廠商，仍有一定差距，所以我們重點介紹一下國內的龍頭中微公司。
中微公司實際控制人為上海市國資委，第二大股東為國家大基金，上海市國資委通過上海創投持股，持股比例為18.02％，國家集成電路產業投資基金通過巽鑫投資，持股比例為17.45％。從市場拓展情況來看，中微公司的客戶涵蓋國內外的核心半導體製造商，在集成電路中的製造份額超過74％。而且在全球前十大晶圓企業中，中微公司已經進入其中六家，作為臺積電的合作夥伴協同驗證
14nm/7nm/5nm/3nm等先進工藝。
需要注意的是，中微是目前國內唯一14nm及以下先進位程驗證通過的刻蝕機企業。臺積電作為全球晶圓代工龍頭，在晶片技術、工藝和良率上皆全球領先，其對於供應商的高標準為成功的關鍵因素之一；臺積電對其採用的設備、材料供應商，並非單純的上下遊供應商，而是協同技術研發的合作夥伴。若能滿足臺積電的高標準要求，有利於下沉突破相對成熟的工藝環節，除此之外，中微公司也已經進入了包括中芯國際、聯電、華虹集團、世界先進等中國產線，這本身就是實力的象徵。
中國大陸晶圓廠進入密集擴產期，根據SEMI預計，2020年中國大陸半導體設備市場規模173億美元（約人民幣一千億元），但截至2019年，中國半導體設備的國產化率僅12％，甚至在大部分先進位程的前道關鍵設備，國產化率小於10％或幾乎為零，未來發展機會極大。
大家可能已經注意到了，最近「雙循環」理念非常熱，但很多人並不理解其中的核心理念，只是簡單的看成擴大內部需求，事實上，「雙循環」的本質是在供給端提高產業結構，將這部分需求回流本土，背後隱藏著高端產業的國產替代邏輯，這一點希望大家能夠理解。
基於此，如果目前在光刻機領域我們還無力做出改變，那麼已經佔據優勢的刻蝕機領域勢必會成為國產替代的先鋒，相關的公司值得期待。