半導體刻蝕機的案例
科普 | 半導體刻蝕設備國產化
屹唐半導體
屹唐半導體產品包括干法刻蝕設備paradigmE系列，可用于65nm到5nm邏輯芯片、10nm系列DRAM芯片以及32層到128層閃存芯片制造中若干關鍵步驟的大規模量產。
參考資料：
1.半導體刻蝕機研究框架
2.半導體設備系列：刻蝕主賽道，有望加速導入國產設備
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 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 干貨 | 半導體刻蝕機研究框架
來源：方正證券
深度解讀：半導體的“雕刻刀”——刻蝕設備的發展與突破
而晶圓廠設備采購時間一般為投產前1年左右開始，投產后1年完成相關晶圓廠設備采購，帶來了半導體設備的投資機遇。
其次，國內廠商刻蝕設備迎來突破，有望顯著受益。
國內刻蝕設備的主要廠商為
中微公司和北方華創，
近年來兩家公司分別在技術儲備以及客戶認證方面取得了良好的進展。中微公司經過多年積累，刻蝕設備技術已接近國際領先水平，目前在65納米到7納米的加工上均有刻蝕應用，并已經實現產業化，目前公司正在進行7納米和5納米部分刻蝕應用的客戶端驗證，進展良好。北方華創部分設備如硅刻蝕機也已經在國產12英寸設備已經在生產線上實現批量應用。
根據中國國際招標網的數據，2017年中標
長江存儲
刻蝕機訂單一共54臺，其中中微半導體中標7臺，占比約7%，而2018-2019年一共中標81臺刻蝕機，其中中微半導體和北方華創分別中標12臺和3臺，占比顯著提升至15%和4%。可以看出中微公司和北方華創的突破進展喜人，未來有望繼續顯著受益。
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而晶圓廠設備采購時間一般為投產前1年左右開始，投產后1年完成相關晶圓廠設備采購，帶來了半導體設備的投資機遇。
其次，國內廠商刻蝕設備迎來突破，有望顯著受益。
國內刻蝕設備的主要廠商為中微公司和北方華創，近年來兩家公司分別在技術儲備以及客戶認證方面取得了良好的進展。中微公司經過多年積累，刻蝕設備技術已接近國際領先水平，目前在65納米到7納米的加工上均有刻蝕應用，并已經實現產業化，目前公司正在進行7納米和5納米部分刻蝕應用的客戶端驗證，進展良好。北方華創部分設備如硅刻蝕機也已經在國產12英寸設備已經在生產線上實現批量應用。
根據中國國際招標網的數據，2017年中標長江存儲刻蝕機訂單一共54臺，其中中微半導體中標7臺，占比約7%，而2018-2019年一共中標81臺刻蝕機，其中中微半導體和北方華創分別中標12臺和3臺，占比顯著提升至15%和4%。可以看出中微公司和北方華創的突破進展喜人，未來有望繼續顯著受益。
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 2021年中國刻蝕機行業研究報告
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2021年中國刻蝕機行業研究報告
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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。”中微首席專家、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 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 如何實現小流量下的精確控制（使用高壓比例閥）？
耐高壓與抗氣蝕設計
面對高壓小流量帶來的高流速沖擊，諾冠閥門內部采用了特殊的多級降壓結構或硬化處理材料，這種設計不僅有效避免了氣蝕對閥座的破壞，還將高壓能量逐級釋放，使得流體在通過閥口時更加平穩，從而在源頭上消除了流量脈動。
智能反饋與集成化
諾冠比例閥通常集成了高精度的位置傳感器或流量反饋模塊，構成了完整的閉環控制系統，用戶可以直接讀取閥門的實際工作狀態，并通過現場總線（如Profinet, EtherCAT等）與PLC無縫通訊，實現遠程監控與自適應調整，大幅降低了調試難度和維護成本。
應用場景與價值
從氫燃料電池測試臺的高壓氫氣微量加注，到半導體刻蝕機中的特種氣體精確配比，再到超臨界流體萃取實驗，諾冠高壓比例閥正在幫助全球客戶提升產品良率、降低能耗并確保生產安全。
選擇諾冠，不僅僅是選擇了一款閥門，更是選擇了一套可靠的小流量高壓控制方案，在追求極致工藝的今天讓諾冠助您掌控每一滴流體的精準流動，為您的創新工程注入強勁動力，如需了解更多關于諾冠高壓比例閥的技術參數及選型指導，歡迎聯系我們的專業團隊。
展開 封鎖之下，國內半導體設備的真實現狀與差距
作為半導體設備行業龍頭，它們也是當前設備領域國產替代的主力軍。北方華創一直致力于生產薄膜沉積、刻蝕兩種核心工藝設備。上海微電子以光刻設備研發為核心，其專利布局主要集中于光刻機、工件臺、測量裝置、投影物鏡、預對準等專業技術領域。
技術創新在半導體產業國產化進程中相當關鍵。
目前，產業鏈上下游企業都在嘗試攻關半導體核心設備，如上海微電子、中微半導體、北方華創等在嘗試突破一些高端設備，其中北方華創刻蝕設備已應用于7納米和5納米生產線；中微半導體刻蝕機已經達到5nm水平，并應用于臺積電產線。但先進設備研發難度很高，國內廠商仍任重道遠。
展開 智芯研報 | 芯片產業鏈：芯片自主可控深度解析
2000年時，日本尼康還是光刻機領域的老大，到了2009年ASML已經遙遙領先，市場占有率近7成。目前，最先進的光刻機也只有ASML一家可以提供了。
國內的情況，上海微電子（SMEE）已經有分辨率為90nm的光刻機，新的光刻機也在研制中。
在集成電路制造中，光刻只是其中的一個環節，另外還有無數先進科技用于前后道工藝中。
刻蝕機
刻蝕是將晶圓表面不必要的材質去除的過程。刻蝕工藝位于光刻之后。
光刻機用光將掩膜上的電路結構復制到硅片上，刻蝕機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，讓線路能夠放進去。
按照刻蝕工藝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刻蝕。
干法刻蝕在半導體刻蝕中占據主流，市場占比達到95%，其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，從而保證細小圖形保真性。濕法刻蝕由于刻蝕方向的不可控性，在先進制程很容易降低線寬，甚至破壞線路本身，導致芯片品質變差。
目前普遍采用多重模板工藝原理，即通過多次沉積、刻蝕工藝實現需要的特征尺寸，例如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%。
下圖所示為多次刻蝕原理。
和光刻機一樣，刻蝕機的廠商也相對較少，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%。
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