晶片的雕刻刀!半導體設備刻蝕機走在國產替代前列

半導體產業之風已至，政策環境利好國內半導體設備企業。在全球半導體產業向大陸轉移的過程中，半導體設備國產化具有重要戰略意義。

刻蝕機是用來做什麼的

刻蝕機，顧名思義，對應的是晶片製造中的「刻蝕」這一步。

在晶片製造中，「光刻」和「刻蝕」是兩個緊密相連的步驟，也是非常關鍵的步驟。「光刻」就相當於用投影的方式把電路圖「畫」在晶圓上。注意，這個時候，電路圖其實不是真的被畫在了晶圓上，而是被畫在了晶圓表面的光刻膠上。光刻膠表層是光阻，一種光敏材料，被曝光後會消解。而「刻蝕」，才是真正沿著光刻膠表面顯影的圖案，將電路圖刻在晶圓上。

晶片的雕刻刀！半導體設備刻蝕機走在國產替代前列在晶片製造中，有三個核心的環節，分別是薄膜沉積、光刻和刻蝕。刻蝕就是用化學或物理方法對襯底表面或表面覆蓋薄膜進行選擇性腐蝕或剝離的過程，進而形成光刻定義的電路圖形。

其中，光刻是最複雜、最關鍵、成本最高、耗時最高的環節；刻蝕的成本僅次於光刻，重要性也在不斷上升；而薄膜沉積也是必不可少的重要工序，在製造中，為了實現大型集成電路的分層結構，需要反覆進行沉積－刻蝕－沉積的過程。

半導體先進位程加速，對刻蝕設備要求提高

刻蝕技術隨著矽片製造技術的發展有了很多改變，最早的圓筒式刻蝕機簡單，只能進行有限的控制。

現代等離子體刻蝕機能產生高密度等離子體，具有產生等離子體的獨立射頻功率源和矽片加偏執電壓、終點監測、氣體壓力和流量控制，併集成對刻蝕參數進行控制的軟體。

隨著國際上高端量產晶片從14nm到10nm階段向7nm、5nm甚至更小的方向發展，當前市場普遍使用的沉浸式光刻機受光波長的限制，關鍵尺寸無法滿足要求，必須採用多重模板工藝，利用刻蝕工藝實現更小的尺寸，使得刻蝕技術及相關設備的重要性進一步提升。

下圖展示10nm多重模板工藝原理，涉及多次刻蝕。

國內刻蝕設備有望突破國際壟斷

在晶圓加工的薄膜沉積設備、光刻機、刻蝕機三類核心設備中，刻蝕機國產化率最高，而且比率逐年上升、速度最快。根據預計，到2020年，國內刻蝕機國產率將達到20％。除了美國、日本以外，中國已經逐漸成為世界第三大半導體設備供應商，目前中國已經有34家裝備供應廠家，主要集中在北京、上海與瀋陽等地。

刻蝕機是晶片製造及微觀加工的最重要設備之一，採用等離子體刻蝕技術，利用活性化學物質在矽片上刻蝕微觀電路。7nm製程相當於頭髮絲直徑萬分之一，是目前人類能夠在大生產線上製造出的最小集成電路布線間距，這接近了微觀加工極限。儘管我國半導體設備產業和國際龍頭仍有差距，但是我們可以看到國內半導體設備產業無論從環境、下遊需求拉動還是研發實力都有質的飛躍。

相比光刻機領域，中國在半導體刻蝕設備領域的水平還是很不錯的，至少在技術方面，已經接近甚至達到國際領先的水平。未來，在存儲器國產化大背景和國家大基金二期的加持下，國產刻蝕領域將大有作為。據業內相關人士預計，未來在刻蝕機領域國產率將達50％，MOCVD領域未來將達70％國產率。因此，國內刻蝕設備供應商有望突破國際壟斷。