國內最具優勢的半導體設備——刻蝕機的突圍
如果目前在光刻機領域我們還無力做出改變，那么已經占據優勢的刻蝕機領域勢必會成為國產替代的先鋒
近期關于華為已經沒有芯片的信息被外界熱議，國產芯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。
在芯片的制造過程中，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，不斷的重復循環，最終制造成為芯片。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。這三大設備占所有制造設備投入的22%、22%、20%左右，是三種占比最高的半導體設備，可見這三種設備是多么的重要了。
什么是刻蝕？
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。刻蝕工藝順序位于鍍膜和光刻之后，即在晶圓上先將用于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復制到硅片上，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。刻蝕機就是把復制到硅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。
刻蝕的材質包括硅及硅化物、氧化硅、氮化硅、金屬及合金、光刻膠等，刻蝕按照被刻蝕材料劃分，主要分為硅刻蝕、介質刻蝕以及金屬刻蝕，其中介質刻蝕與硅刻蝕機占比分別為 49%和 48%，金屬刻蝕占比僅為3%。通過有針對性的對特定材質進行刻蝕，才能使得晶圓制造不同的步驟所制造的電路之間相互影響降至最低，使芯片產品具有良好的性能。
按照刻蝕工藝劃分，主要分為干法刻蝕以及濕法刻蝕，干法刻蝕主要利用反應氣體與等離子體進行刻蝕，濕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，干法刻蝕在半導體刻蝕中占據絕對主流低位，市場占比達到95%。事實上，成為主流工藝方式是有原因的，干法刻蝕的最大優勢在于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后的保真性。濕法刻蝕由于刻蝕方向的不可控性，導致其在高制程很容易降低線寬寬度，甚至破壞線路本身設計，導致生產芯片品質變差。
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，制程提升帶動刻蝕機加工時長提升，對刻蝕機本身需求增長。由于光刻機在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。
目前普遍采用多重模板工藝原理，即通過多次沉積、刻蝕等工藝，實現10nm 線寬的制程。根據相關數據，14nm制程所需使用的刻蝕步驟達到64次，較 28nm提升60%；7nm制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，更高階制程依然在研發中。臺積電正在向3nm及更高端制程進行研發，3nm 預計于明年進行量產。基于此，晶圓廠對于刻蝕本身的資本開支還將提升，在整體制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占比也將持續提升。
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，也是國產替代占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(行情688012,診股)、北方華創(行情002371,診股)以及屹唐半導體。但從全球范圍內來看，刻蝕機設備的廠商相對較少，行業整體處于寡頭壟斷格局。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。這三家企業占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占6%。其中，Lam Research 占比高達55%，為行業的絕對龍頭，東京電子與應用材料分別占比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的硅刻蝕機，14nm目前也在研發和小范圍試產過程中。在硅刻蝕機方面，北方華創在國內技術方面一直處于領先地位，但是相比于海外廠商，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制造商，在集成電路中的制造份額超過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，作為臺積電的合作伙伴協同驗證
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及以下先進制程驗證通過的刻蝕機企業。臺積電作為全球晶圓代工龍頭，在芯片技術、工藝和良率上皆全球領先，其對于供應商的高標準為成功的關鍵因素之一；臺積電對其采用的設備、材料供應商，并非單純的上下游供應商，而是協同技術研發的合作伙伴。若能滿足臺積電的高標準要求，有利于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(行情688981,診股)、聯電、華虹集團、世界先進等中國產線，這本身就是實力的象征。
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%，甚至在大部分先進制程的前道關鍵設備，國產化率小于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，但很多人并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，背后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。
基于此，如果目前在光刻機領域我們還無力做出改變，那么已經占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。