刻蝕機的案例
造出國產頂尖刻蝕機
刻蝕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。目前干法刻蝕在半導體刻蝕中占據絕對主流地位，市場占比超過90%。據東方財富研報，刻蝕設備作為半導體設備的中堅力量，有望率先完成國產替代。
從國內市場來看，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。我國目前在刻蝕設備商代表公司為中微公司、北方華創等。
在等離子體刻蝕設備市場中主要是兩類的設備：CCP（Capacitively Coupled Plasma）電容性高能等離子體刻蝕機和ICP（Inductively Coupled Plasma）電感性低能等離子體刻蝕機。CCP設備主要是刻蝕深寬比較高的、較硬的介質材料；而ICP主要是刻蝕尺度小，厚度薄的較軟的材料。由于微觀器件越做越小，薄膜厚度越來越薄，線寬控制越來越嚴，ICP刻蝕機取代以往的CCP刻蝕設備成為市場規模占主導地位的設備。
一顆芯片要想從PPT到成品，核心設備并非光刻機一種，刻蝕機的重要性不言而喻。可能大家還分不清楚，光刻機和刻蝕機的區別，通俗的講，光刻機把電路圖投影到覆蓋有光刻膠的硅片上面，刻蝕機則是繼續對這些電路結構進行雕刻般的細微調整，將畫了電路圖的硅片上的多余電路圖腐蝕掉。
也就是說，這些細微調整將是直接影響芯片的性能關鍵步驟。
展開 中微5nm刻蝕機通過臺積電認證
最近，中微半導體設備（上海）有限公司收到一個好消息：其自主研制的5納米等離子體刻蝕機經臺積電驗證，性能優良，將用于全球首條5納米制程生產線。刻蝕機是芯片制造的關鍵裝備之一，中微突破關鍵核心技術，讓“上海制造”躋身刻蝕機國際第一梯隊。
走進位于金橋出口加工區的中微公司，就要換上公司提供的皮鞋，這家精密制造企業要求一塵不染。在潔凈室門外，記者看到身穿白色工作服，戴著白帽子、口罩和手套的研發人員，正在測試一臺大型設備，它就是全球屈指可數的5納米刻蝕機。只見一片片300毫米大硅片被機械手抓起，放入真空反應腔內，開始了它們的刻蝕之旅。“多種氣體會進入真空反應腔，經過化學反應變成等離子氣體，隨即產生帶電粒子和自由基，與硅片發生化學物理反應?！敝形⑹紫瘜＜?、副總裁倪圖強說，這些化學物理反應在硅片上開槽打洞，形成令人嘆為觀止的微觀結構，一塊指甲蓋大小的芯片可集成60多億個晶體管。
方寸間近乎極限的操作，對刻蝕機的控制精度提出很高要求。刻蝕尺寸的大小與芯片溫度一一對應，中微自主研發的部件使刻蝕過程的溫控精度保持在0.75攝氏度內，達到國際領先水平。氣體噴淋盤是刻蝕機的核心部件之一，中微和國內企業聯合開發出一套創新工藝，用這套工藝制造的金屬陶瓷，其晶粒十分精細、致密。與進口噴淋盤相比，國產陶瓷鍍膜的噴淋盤使用壽命延長一倍，造價卻不到五分之一。
創新成功的秘訣是什么？秘訣之一是超前布局研發。2004年中微創立時，全球最先進的芯片生產線是90納米制程，那時他們就開始研發40納米刻蝕機，因為集成電路產業技術迭代很快，超前兩代研發才能掌握主動權。擁有國際化團隊，也是一個成功原因。經過本土培養和海外引進，中微600多名員工來自十多個國家和地區。
展開 中微半導體5納米刻蝕機通過臺積電驗證
日前上觀新聞報道，中微半導體自主研制的5納米等離子體刻蝕機經臺積電驗證，性能優良，將用于全球首條5納米制程生產線。
據了解，在晶圓制造眾多環節中，薄膜沉積、光刻和刻蝕是三個核心環節，三種設備合計可占晶圓制造生產線設備投資總額的50%~70%，其中刻蝕技術高低直接決定了芯片制程的大小，并且在成本上僅次于光刻。而5納米相當于頭發絲直徑（約為0.1毫米）的二萬分之一，方寸間近乎極限的操作對刻蝕機的控制精度提出超高要求。
雖然我國集成電路產業在設備領域整體落后，但刻蝕機方面已在國際取得一席之地，中微半導體成績尤為突出。
中微半導體是中國大陸首屈一指的集成電路設備廠商，2004年由尹志堯博士與杜志游博士、倪圖強博士、麥仕義博士等40多位半導體設備專家創辦，主要深耕集成刻蝕機領域，研制出中國大陸第一臺電介質刻蝕機。
目前，中微半導體的介質刻蝕設備、硅通孔刻蝕設備、MOCVD設備等均已成功進入海內外重要客戶供應體系。截至2017年底，已有620多個中微半導體生產的刻蝕反應臺運行在海內外39條先進生產線上。
在目前全球可量產的最先進晶圓制造7納米生產線上，中微半導體是被驗證合格、實現銷售的全球五大刻蝕設備供應商之一，與泛林、應用材料、東京電子、日立4家美日企業為7納米芯片生產線供應刻蝕機。
作為臺積電長期穩定的設備供應商，據悉中微半導體在臺積電量產28納米制程時兩者就已開始合作并一直延續至如今，這次5納米生產線將再次采用中微半導體的刻蝕設備，足見臺積電對中微半導體技術的認可，可謂突破了“卡脖子”技術，讓國產刻蝕機躋身國際第一梯隊。
展開 投入占比超光刻機，揭秘走在國產替代前列的刻蝕設備
看點：為何近些年來刻蝕設備的價值占比不斷上升？中國刻蝕設備發展如何？
光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備是芯片制造過程中的三大核心設備，如果把芯片比作一幅平面雕刻作品，那么光刻機是打草稿的畫筆，刻蝕機是雕刻刀，沉積的薄膜則是構成作品的材料。光刻的精度直接決定了元器件刻畫的尺寸，刻蝕和薄膜沉積的精度則決定了光刻的尺寸能否實際加工，因此光刻、刻蝕和薄膜沉積設備是芯片加工過程中最重要的三類主設備，價值占前道設備的近 70%。
在高端光刻領域，浸沒式光刻是干法光刻的替代技術，新舊技術的替代帶來了光刻機的完全壟斷。ICP 刻蝕并不是 CCP刻蝕的替代技術，而是各有所長，側重了不同工藝步驟，新舊技術共存形成了刻蝕領域的寡頭競爭。光刻機的技術瓶頸推動刻蝕市場發展。在光刻技術停滯不前的情況下，想要繼續提升制程大體有兩個思路，即雙重光刻+刻蝕，或多重薄膜+刻蝕，無論用哪種思路都離不開刻蝕步驟的增加。芯片設計的變化帶來刻蝕設備需求的提升，近幾年來 3D NAND 等新結構的應用導致在存儲器制造過程中刻蝕步驟大幅增加。
本期的智能內參，我們推薦東興證券的報告《半導體設備：刻蝕機走在國產替代前列》， 詳解刻蝕設備的發展歷程，以及中國刻蝕設備的逆襲邏輯。
本期內參來源：東興證券
原標題：
《半導體設備：刻蝕機走在國產替代前列》
作者：劉慧影 劉奕司
半導體設備推動芯片制造業的發展
1、 半導體設備推動摩爾定律的實現
半導體是指在某些條件下導電某些條件下不導電的一類材料，生活中常用“半導體”一詞來泛指半導體電子元器件。集成電路是最重要的一類半導體器件，又稱為芯片。
展開 
中微公司搞定5nm刻蝕機，進入國際客戶最先進生產線
這些企業即將出席2021功率半導體大會
4月6日，中微公司董事長、總經理尹志堯透露，公司研發的等離子刻蝕設備已經進入客戶的5nm生產線。
尹志堯表示，公司的等離子體刻蝕設備已應用在國際一線客戶從65納米到14納米、7納米和5納米及其他先進的集成電路加工制造生產線和先進封裝生產線。
其中，公司開發的12英寸高端刻蝕設備已運用在國際知名客戶最先進的生產線上并用于5納米、5納米以下器件中若干關鍵步驟的加工。
此外，公司MOCVD設備在行業領先客戶的生產線上大規模投入量產。
中微公司也在互動平臺上證實了這一說法，稱公司刻蝕設備確實進入了5納米生產線。
中微公司瞄準世界科技前沿，主要從事高端半導體設備及泛半導體設備的研發、生產和銷售。
公司的刻蝕設備已應用于全球先進的7納米和5納米及其他先進的集成電路加工制造生產線及先進封裝生產線。
中微公司作為設備公司，向客戶提供可加工先進器件的設備，協助、配合客戶實現先進器件的開發和生產。
展開 一文看懂半導體刻蝕設備
從下游半導體行業刻蝕機的需求來看，介質刻蝕機與硅刻蝕機需求場景較多，因此占比較高，其中，介質刻蝕與硅刻蝕機分別占比49%以及48%，金屬刻蝕占比較低，僅為3%。
刻蝕機近年來增速較快
刻蝕機作為重要的半導體加工設備之一，在半導體晶圓廠資本開支中占比較高。目前來看，刻蝕機資本開支占比達到22%，已經與光刻機同處在第一梯隊，而光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設備三大設備合計占比高達64%。
近年來全球刻蝕機市場規模有顯著提升。2018年，全球刻蝕機市場規模達到103億美元，同比增長11.96%。而2016年行業整體規模為63億美元。近兩年行業規模增長40億美元，主要有幾方面原因：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。
工藝升級帶動刻蝕機用量增長，技術壁壘極高
制程升級帶動刻蝕機使用提升
從近年來各主要半導體設備資本開支量占比來看，刻蝕機份額占比有顯著提升。在2010年之前，刻蝕機資本開支占比一直維持在15%左右，而進入2011年以后，隨著制程的持續升級，刻蝕機資本開支占比也有顯著提升。
展開 智芯文庫 | 5分鐘看懂刻蝕工藝：干法刻蝕、濕法刻蝕、刻蝕設備國產化進程......
在中國市場，介質刻蝕機是我國最具優勢的半導體設備，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。而這其中市場規模最大的就是刻蝕設備，代表廠商為中微公司、北方華創，以及屹唐半導體。
中微半導體在介質刻蝕領域較強，其產品已在包括臺積電，SK海力士、中芯國際等廠商的20多條生產線上實現了量產。該公司5nm等離子體蝕刻機已通過臺積電驗證，已用于全球首條5nm工藝生產線。中微半導體還切入了TSV硅通孔刻蝕和金屬硬掩膜刻蝕領域。
北方華創在硅刻蝕和金屬刻蝕領域較強，其55nm/65nm硅刻蝕機已成為中芯國際主力設備，該公司的28nm硅刻蝕機也已進入產業化階段，14nm硅刻蝕機正在產線驗證中，金屬硬掩膜刻蝕機則攻破了28nm-14nm制程。
同行業技術比較
中微公司在研項目
北方華創刻蝕機產品
總而言之，在半導體設備領域，刻蝕機的國產化進程還是比較快的，但是，7nm刻蝕機的成功并不意味著國產7nm芯片可實現全面量產。因為刻蝕的前一道工序——光刻，其國產設備目前還處于卡脖子狀態。因此，想要打造一個全制程國產化的 “中國芯”，各個工藝生產設備的齊頭并進尤為重要。
參考來源：
1. 刻蝕機揭秘...，電子報
2. 國產刻蝕設備后發趕超，這些廠商功不可沒！國際電子商情
3. 刻蝕的概念，功率半導體那些事兒
4.
展開 5分鐘看懂刻蝕工藝：干法刻蝕、濕法刻蝕、刻蝕設備國產化進程......
而這其中市場規模最大的就是刻蝕設備，代表廠商為中微公司、北方華創，以及屹唐半導體。
中微半導體在介質刻蝕領域較強，其產品已在包括臺積電，SK海力士、中芯國際等廠商的20多條生產線上實現了量產。該公司5nm等離子體蝕刻機已通過臺積電驗證，已用于全球首條5nm工藝生產線。中微半導體還切入了TSV硅通孔刻蝕和金屬硬掩膜刻蝕領域。
北方華創在硅刻蝕和金屬刻蝕領域較強，其55nm/65nm硅刻蝕機已成為中芯國際主力設備，該公司的28nm硅刻蝕機也已進入產業化階段，14nm硅刻蝕機正在產線驗證中，金屬硬掩膜刻蝕機則攻破了28nm-14nm制程。
同行業技術比較
中微公司在研項目
北方華創刻蝕機產品
總而言之，在半導體設備領域，刻蝕機的國產化進程還是比較快的，但是，7nm刻蝕機的成功并不意味著國產7nm芯片可實現全面量產。因為刻蝕的前一道工序——光刻，其國產設備目前還處于卡脖子狀態。因此，想要打造一個全制程國產化的 “中國芯”，各個工藝生產設備的齊頭并進尤為重要。
參考來源：
1. 刻蝕機揭秘...，電子報
2. 國產刻蝕設備后發趕超，這些廠商功不可沒！國際電子商情
3. 刻蝕的概念，功率半導體那些事兒
4.
展開 中微半導體尹志堯：我國IC業發展的 “主要矛盾” 與“七大問題”
半導體設備業發展仍需扶持和幫助
在眾多半導體制造設備之中，發揮最為關鍵作用的設備有兩種，第一種是光刻機，第二種是等離子刻蝕機。光刻機是生產大規模集成電路的核心設備，主要用于對涂有光刻膠的襯底進行曝光，制造光學鏡頭和反光碗的要求極其苛刻。因此，光刻機的售價高于大型客機。在這方面，可以說荷蘭的ASML一家獨大。
等離子體刻蝕也是當今超大規模集成電路制造過程中的關鍵步驟。
等離子刻蝕機通過表面的物理化學反應將需去除的部分材料形成可揮發性的反應生成物，再將其抽離反應腔。
刻蝕機要刻蝕各種不同的材料、不同的形狀，對不同的材料要有不同的選擇性，有上千種不同的刻蝕工藝。而且在刻蝕過程中，刻蝕精準性、均勻度、穩定性、選擇比、輸出量和刻蝕成本等多項指標均需滿足條件，才能達到指定的生產效率。目前國際上微觀加工的三大工藝設備公司：應用材料公司，Lam Research和東京電子公司都是從刻蝕設備起家的。
我國等離子刻蝕機也有幾個公司在開發。其中，中微半導體設備公司的進展是個亮點。目前，中微開發的電容性等離子刻蝕機和電感性等離子體刻蝕機在性能和性價比上都進入國際三強。
尹志堯介紹，在國內，中微半導體的高端設備產品已在逐步取代國外設備，市場占有率在步步提高。中微刻蝕機已進入國際最先進的7nm生產線，并核準了5nm器件的刻蝕應用，介質刻蝕市場占有率位列第三。美國VLSI Research曾公布過一份全球半導體設備“客戶滿意度”評比，中微被評為第三位，僅次于荷蘭ASML和一家國外公司。
中微的進步確實在一定程度上，顯示了我國設備向前邁進的步伐。但是，尹志堯強調，我國集成電路產業仍然需要扶持和幫助?！氨仨氂姓拇罅ν苿?，在低成本資金、研發資助以及相關政策的支持下，企業才能面對發展中的主要矛盾，實現高速發展?！?/span>
展開 科普 | 半導體刻蝕設備國產化
國內刻蝕設備龍頭
中微公司
中微公司CCP刻蝕設備已經順利交付1500臺，ICP設備也已累計交付100臺反應腔。CCP刻蝕設備包括雙反應臺Primo AD-RIE和單反應臺HD-RIE，廣泛應用于國際一線客戶從65nm至5nm、64層及128層3D NAND晶圓產線及先進封裝生產線。
北方華創
自2005年第一臺8英寸ICP刻蝕機進入生產線，北方華創ICP刻蝕機已經取得國內領先地位。截至2020年底，北方華創ICP刻蝕機交付突破1000臺。而2017年，該公司8英寸金屬刻蝕設備進入國內主流代工產線，打破了8英寸刻蝕機長期由國際壟斷的局面。
展開 天天為＂芯＂而鬧，一文看晶圓制造主要設備一覽
刻蝕設備
刻蝕是采用物理或者化學的方法，通過掩膜圖形使薄膜材料選擇性銷蝕的技術，是薄膜制備的“反”過程。
刻蝕分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩類。濕法刻蝕是將硅片浸泡在可與被刻蝕薄膜進行反應的溶液中，用化學方法除去不要部分的薄膜。早期制造業以濕法為主。當半導體制造業進入微米、亞微米時代以后，要求刻蝕的線寬越來越細，傳統的濕法化學刻蝕因其固有的橫向鉆蝕，無法控制線寬，甚至造成斷裂，已不再適應科研及生產的要求，取而代之的是以等離子體技術為基礎的干法刻蝕方法。這種方法是將被加工的硅片置于等離子體中，在帶有腐蝕性、具有一定能量離子的轟擊下，反應生成氣態物質，去除被刻薄膜，此種方法具有各向異性。
干法刻蝕種類較多，常見的有等離子體刻蝕（分為圓筒型和平行電極型）、反應離子刻蝕、濺射刻蝕、離子束刻蝕、反應離子束刻蝕等。相應的設備就有等離子體刻蝕機、反應離子刻蝕機、離子束刻蝕機等。
3. 光刻機
光刻機是芯片行業的“命門”，而光刻機的制造難度堪比原。
光刻機是芯片制造的核心設備之一，按照用途可以分為好幾種：有用于生產芯片的光刻機；有用于封裝的光刻機；還有用于LED制造領域的投影光刻機。
在加工芯片的過程中，光刻機通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。
展開 
半導體設備產業剖析，中國整體水平如何？
晶體生長直拉法批量生產大尺寸單晶，區熔法小產量生產高純度晶體
來到中段晶圓加工，光刻機和刻蝕機是核心。
光刻作為晶圓加工最為關鍵的步驟之一，是將所設計的 IC 電路圖映射到硅片上的程序。光刻環節所需的設備光刻機是整個過程最為核心的設備，光刻設備占整個晶圓加工設備的40%左右，目前最為先進的 EUV 光刻機單價在 1 億美元以上，高端光刻機市場被 ASML所壟斷。
刻蝕是與光刻工藝相關的工藝，在光刻之后通過使用特定試劑將未被光刻膠保護的地方刻蝕掉，并將硅片上剩余的光刻膠清洗掉的過程。刻蝕也是晶圓加工的重要工藝，刻蝕設備支出占整個晶圓加工設備的 15%左右。 薄膜沉積又稱淀積或膜淀積，主要是在硅片表面生產不同膜層以達到更好的機械和電學特性的過程。目前的工藝主要是采用 CVD（化學氣相沉積），指通過氣體混合的化學反應在硅片表面淀積一層固體膜的工藝。
隨著對芯片工藝要求的不斷升高， CVD 技術也在不斷升級，目前主要采用等離子體輔助 CVD（包含PECVD 和 HDPCVD）進行相應工序。主要設備 CVD 設備占整個晶圓加工設備的 15%左右。美國應用材料和諾發是該設備全球領先企業，中國企業差距較大。
光刻工藝的主要流程
主要工藝光刻和刻蝕用到的光刻機和刻蝕機工藝復雜，造價極高。 光刻機是以光學光刻為基礎，利用光學系統把掩膜版上的圖形精確地投影曝光到涂過的光刻膠的硅片上。光刻機就是在硅片表面勻膠，通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩膜，經物鏡補償各種光學誤差，將掩膜版塊上的圖形轉移到光刻膠上，把器件或電器結構臨時成比例縮小后映射到硅片上。一般離子反應刻蝕會用到等離子刻蝕機，它包括反應室、電源、真空部分。等離子體在工件表面發生反應，反應的揮發性副產物被真空泵抽走。
展開 天天為＂芯＂而鬧，一文看晶圓制造主要設備一覽
刻蝕設備
刻蝕是采用物理或者化學的方法，通過掩膜圖形使薄膜材料選擇性銷蝕的技術，是薄膜制備的“反”過程。
刻蝕分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩類。濕法刻蝕是將硅片浸泡在可與被刻蝕薄膜進行反應的溶液中，用化學方法除去不要部分的薄膜。早期制造業以濕法為主。當半導體制造業進入微米、亞微米時代以后，要求刻蝕的線寬越來越細，傳統的濕法化學刻蝕因其固有的橫向鉆蝕，無法控制線寬，甚至造成斷裂，已不再適應科研及生產的要求，取而代之的是以等離子體技術為基礎的干法刻蝕方法。這種方法是將被加工的硅片置于等離子體中，在帶有腐蝕性、具有一定能量離子的轟擊下，反應生成氣態物質，去除被刻薄膜，此種方法具有各向異性。
干法刻蝕種類較多，常見的有等離子體刻蝕（分為圓筒型和平行電極型）、反應離子刻蝕、濺射刻蝕、離子束刻蝕、反應離子束刻蝕等。相應的設備就有等離子體刻蝕機、反應離子刻蝕機、離子束刻蝕機等。
3. 光刻機
光刻機是芯片行業的“命門”，而光刻機的制造難度堪比原。
光刻機是芯片制造的核心設備之一，按照用途可以分為好幾種：有用于生產芯片的光刻機；有用于封裝的光刻機；還有用于LED制造領域的投影光刻機。
在加工芯片的過程中，光刻機通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。
展開 中國大陸芯片產業鏈實力調查！
2、中微半導體：主要銷售14/28nm芯片刻蝕機
大陸刻蝕設備龍頭中微半導體的受訪者稱：“我們能夠提供用于5nm芯片生產的設備，但我們主要銷售的是用于14nm和28nm芯片生產的設備。”
中微半導體是科創板首批上市公司，根據其2020年財報數據，2020年營收為22億人民幣。
3、北京屹唐半導體：市場對成熟制程芯片刻蝕機需求強烈
北京屹唐半導體是大陸另一家半導體刻蝕設備供應商，主要提供用于40nm、28nm芯片生產的產品。
一名公司內部人員稱，由于中國政策的目標是提升芯片半導體國產化比例，“市場對于通用半導體設備（near-general-purpose semiconductor equipment）的需求也很強烈”。
4、北方華創&芯源微：不具備先進制程芯片設備生產能力
日本經濟新聞采訪得知，在大陸刻蝕設備領域，目前僅有中微半導體能夠提供用于5nm芯片生產的刻蝕設備。
北方華創、芯源微等廠商在采訪中表示，公司能夠提供用于14nm及以上制程芯片生產的設備。
02
.
大陸國產化需求迫切，廠商積極擴產
日本經濟新聞報道稱，中國半導體設備廠商的主要銷售的是成熟制程產品，原因在于中國重視用本國生產的芯片替代國外產品。正如半導體設備商杭州長川科技的受訪者所說：“芯片并不僅僅用在智能手機中，市場對于120nm制程的芯片亦有需求?！? 在這背后，全球芯片產能的短缺、中美貿易的摩擦，導致了國產化替代成為大陸半導體產業的重點，驅動中國半導體廠商積極擴產。
當前，全球正經歷芯片產能短缺的困境，影響已波及到手機、汽車、家電等許多領域，驅動芯片廠商積極擴產。
展開 干貨 | 半導體刻蝕機研究框架
來源：方正證券
