半導(dǎo)體設(shè)備專題報告：刻蝕主賽道，有望加速導(dǎo)入國產(chǎn)設(shè)備

刻蝕是用化學(xué)、物理、化學(xué)物理結(jié)合的方法有選擇的去除（光刻膠）開口下方的材料。被刻蝕的材料包括硅、介質(zhì)材料、金屬材料、光刻膠。刻蝕是與光刻相聯(lián)系的圖形化處 理工藝?？涛g就是利用光刻膠等材料作為掩蔽層，通過物理、化學(xué)方法將下層材料中沒被上層遮蔽層材料遮蔽的地方去掉，從而在下層材料上獲得與掩膜板圖形對應(yīng)的圖形。
濕法刻蝕：用液體化學(xué)劑去除襯底表面的材料。早期普遍使用，在 3um 以后由于線寬控 制、刻蝕方向性的局限，主要用干法刻蝕。目前，濕法刻蝕仍用于特殊材料層的去除和 殘留物的清洗。
干法刻蝕：常用等離子體刻蝕，也稱等離子體刻蝕，即把襯底暴露于氣態(tài)中產(chǎn)生的等離 子，與暴露的表面材料發(fā)生物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)。
刻蝕主要參數(shù)：刻蝕速率、均勻性、選擇比（對不同材料的刻蝕速率比）、刻蝕坡面（各 向異性、各向同性）
應(yīng)用最廣泛的刻蝕設(shè)備是 ICP 與 CCP，技術(shù)發(fā)展方向是原子層刻蝕（ALE）。
電容性等離子體刻蝕 CCP：能量高、精度低，主要用于介質(zhì)材料刻蝕（形成上層線路） ——諸如邏輯芯片的柵側(cè)墻、硬掩膜刻蝕、中段的接觸孔刻蝕、后端的鑲嵌式和鋁墊刻等，以及 3D 閃存芯片工藝（氮化硅/氧化硅）的深槽、深孔和連線接觸孔的刻蝕等。
電感性等離子體刻蝕 ICP：能量低、精度高，主要用于硅刻蝕和金屬刻蝕（形成底層器 件）——硅淺槽隔離（STI）、鍺（Ge）、多晶硅柵結(jié)構(gòu)、金屬柵結(jié)構(gòu)、應(yīng)變硅（Strained-Si）、 金屬導(dǎo)線、金屬焊墊（Pad）、鑲嵌式刻蝕金屬硬掩模和多重成像技術(shù)中的多道刻蝕工藝。
ALE：技術(shù)發(fā)展方向，能精確刻蝕到原子層（約 0.4nm），具有超高刻蝕選擇率。應(yīng)用廣 泛。
光刻技術(shù)中許多先進制程涉及多重圖形技術(shù)。即使是 EUV，波長為 13.5nm，要實現(xiàn) 7nm 的精度，仍需要依靠多重圖形技術(shù)，即多次刻蝕。因此制程升級，精度越高，需要的刻復(fù)雜度、步驟數(shù)量也在提升。所以刻蝕設(shè)備和化學(xué)薄膜設(shè)備成為更關(guān)鍵的設(shè)備。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢：
（1）0.13um 工藝的銅互連技術(shù)出現(xiàn)時（300mm 時代），金屬刻蝕比例下降，介質(zhì)刻蝕 的比例大幅上升。
（2）30nm 之后的，多重圖像技術(shù)、軟刻蝕應(yīng)用的提升，硅刻蝕（ICP）的占比快速提 升。
（3）數(shù)十層的金屬互聯(lián)層（后道工藝，BEOL），精度一般在 20nm 以上的以 CCP 設(shè)備 為主；CMOS 核心器件（前道工藝，F(xiàn)EOL）線寬比較少，往往使用 20nm 以下的 ICP備。
（4）EUV 在 foundry/DRAM 的采用，使得刻蝕步驟減少；3D Nand 采用，使得刻蝕步 驟增多，高深寬比刻蝕需求增多。
二、刻蝕需求不斷增長，海外龍頭占據(jù)寡頭壟斷
2020 年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模創(chuàng) 700 億美元新高，大陸首次占比全球第一。根據(jù) SEMI，2020 年半導(dǎo)體設(shè)備銷售額 712 億美元，同比增長 19%，全年銷售額創(chuàng)歷史新高。大陸設(shè)備市場在 2013 年之前占全球比重為 10%以內(nèi)，2014~2017 年提升至 10~20%， 2018 年之后保持在 20%以上，份額呈逐年上行趨勢。2020 年，國內(nèi)晶圓廠投建、半導(dǎo) 體行業(yè)加大投入，大陸半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模首次在市場全球排首位，達到 181 億美元， 同比增長 35.1%，占比 26.2%。2021~2022 年，存儲需求復(fù)蘇，韓國預(yù)計將領(lǐng)跑全球， 但大陸設(shè)備市場規(guī)模有望保持較高比重。
半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)產(chǎn)值具有高增長、高波動性。半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)呈現(xiàn)明顯的周期性，受下 游廠商資本開支節(jié)奏變化較為明顯。根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)，從長周期而言半導(dǎo)體行業(yè)復(fù)合增 速約 10%，半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)復(fù)合增速約 13%，半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)增長彈性高于半導(dǎo)體行 業(yè)。
刻蝕設(shè)備市場超過 130 億美元，是晶圓設(shè)備占比最高的市場。2011 年以來，刻蝕在晶 圓設(shè)備的占比從 11%逐漸提升到 20%以上，2017 年起成為全球晶圓設(shè)備中占比最高的 裝備類別，重要性不斷提升。刻蝕設(shè)備市場基本是干法刻蝕設(shè)備，2020 年全球干法刻蝕 設(shè)備市場約 137 億美元，其中介質(zhì)刻蝕（Dielectric Etch）60 億美元，導(dǎo)體刻蝕（Conductor Etch）76 億美元。
刻蝕由海外龍頭主導(dǎo)，國內(nèi)公司保持快速增長。根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)，全球刻蝕企業(yè)前三 大分別是 Lam Research、TEL、AMAT，全球市占率合計 91%。國內(nèi)刻蝕業(yè)務(wù)前三大企分別為中微公司、北方華創(chuàng)、屹唐半導(dǎo)體。根據(jù)三方數(shù)據(jù)，2020 年國內(nèi)的刻蝕龍頭企 業(yè)中微公司、北方華創(chuàng)的刻蝕業(yè)務(wù)都取得較高收入增長，并在規(guī)模體量逐步接近全球前 五大廠商。
從導(dǎo)體刻蝕市場結(jié)構(gòu)看，Lam 一家獨大，長期全球市占率超過 50%；其次 AMAT 占據(jù)約 30%市場份額。剩下的廠商如日立高新、TEL、KLA、北方華創(chuàng)、SEMES、中微公司等公 司合計，在導(dǎo)體刻蝕合計市占率不超過 20%。近兩年，國內(nèi)設(shè)備龍頭廠商北方華創(chuàng)、中 微公司該產(chǎn)品線放量加速，逐步提高半導(dǎo)體設(shè)備刻蝕供應(yīng)鏈份額。
從介質(zhì)刻蝕市場結(jié)構(gòu)看，TEL 一家獨大，長期全球市占率超過 50%；其次 Lam 占據(jù)接 近 40%的市場份額，兩家廠商主導(dǎo)整個市場，寡占程度較強。全球介質(zhì)刻蝕設(shè)備供應(yīng)商 還有 SEMES、中微公司、AMAT、Ulvac、屹唐半導(dǎo)體等。中微公司開發(fā)了系列介質(zhì)刻蝕 裝備，并承擔(dān)多項重大科研項目，是國內(nèi)領(lǐng)先的介質(zhì)刻蝕設(shè)備廠商。
根據(jù)我們的估算，中國大陸刻蝕市場需求預(yù)計在 200 億元以上，國產(chǎn)化率在 20%以內(nèi)， 仍具有較大的替代空間。
三、國內(nèi)晶圓設(shè)備需求放量，國產(chǎn)刻蝕設(shè)備加速導(dǎo)入
國內(nèi)刻蝕廠商加速導(dǎo)入。跟蹤國內(nèi)晶圓廠主要招投標(biāo)數(shù)據(jù)，刻蝕設(shè)備需求工藝類別較多， 絕大多數(shù)由海外龍頭廠商供應(yīng)，國內(nèi)龍頭公司北方華創(chuàng)、中微公司、屹唐半導(dǎo)體處于加 速導(dǎo)入過程。以長江存儲、華虹無錫、華力集成的招投標(biāo)數(shù)據(jù)進行分析，這三家晶圓廠 的刻蝕環(huán)節(jié)上，國內(nèi)設(shè)備產(chǎn)線的國產(chǎn)化率（以機臺數(shù)量計算）平均約為 20~30%。
以 Lam Research 為例，在長江存儲的 Nand Flash 產(chǎn)線上，僅僅刻蝕機一個品類，供應(yīng) 的設(shè)備量多達 40 種不同工藝環(huán)節(jié)，其中多數(shù)工藝環(huán)節(jié)設(shè)備具有獨占性，尤其是刻蝕高 深寬比的深孔、深溝等環(huán)節(jié)工藝。排除沒有做分類的中標(biāo)機臺，長江存儲已經(jīng)公告中標(biāo) 機臺涉及的刻蝕工藝類別多達 80~90 種。
以長江存儲的中標(biāo)信息看，北方華創(chuàng)在刻蝕領(lǐng)域布局集中于硅刻蝕，設(shè)備品類對標(biāo) Lam， 仍具有較大潛力空間。
以長江存儲的中標(biāo)信息看，中微公司刻蝕設(shè)備種類范圍較多，主要布局介質(zhì)刻蝕領(lǐng)域。
相應(yīng)的，我們以長江存儲、華虹無錫、華力集成的招投標(biāo)數(shù)據(jù)進行分析，這三家晶圓廠 的刻蝕環(huán)節(jié)上，國內(nèi)設(shè)備產(chǎn)線的國產(chǎn)化率（以機臺數(shù)量計算）平均約為 20~30%。
四、全球龍頭 Lam Research，百億美元收入規(guī)模
Lam Research 公司歷史：1980 年成立，1981 年推出刻蝕設(shè)備 AutoEtch，1984 年達 斯達克上市，1992 年推出業(yè)內(nèi)首款 ICP 設(shè)備。Lam Research 在 80 年代是 AMAT CCP 技術(shù)的追隨者，90 年代成為 ICP 技術(shù)的引領(lǐng)者。2014 年，公司在原有的 Flex 系列 CCP 設(shè)備加入混合脈沖技術(shù)，局部改進實現(xiàn) ALE 功能，進一步引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)方向。
全球刻蝕行業(yè)龍頭企業(yè) Lam Research，盈利能力較強，研發(fā)投入程度高。2020 年， Lam 營業(yè)收入 100.4 億美元，毛利額 46.1 億美元，營業(yè)利潤額 26.7 億美元，凈利潤 22.52 億美元。此外，公司研發(fā)費用 12.5 億元，研發(fā)費用占比約 12.5%。2020 年，公司 ROE 為 45.7%。Lam 在 2020Q4 和 2021Q1 營業(yè)收入連續(xù)創(chuàng)新高，2021Q1 單季度營業(yè)收入 38.5 億美元，同比增長 54%；凈利潤 10.7 億美元，同比增長 86%。
全球半導(dǎo)體設(shè)備龍頭企業(yè)，以刻蝕、CVD 產(chǎn)品線為主。Lam 產(chǎn)品主要是刻蝕+沉積。公 司作為全球刻蝕設(shè)備龍頭企業(yè)，2020 年全球刻蝕市占率為 54%。我們根據(jù)全球市占率公司報表估算，2020 年公司收入中約 65%為刻蝕，25%為 CVD。
下游應(yīng)用上存儲占比高，中國大陸是其最重要的市場之一。公司營業(yè)收入 2021Q1 按下 游應(yīng)用劃分：31% foundry、48% NVM、14% DRAM。以此來看，公司存儲產(chǎn)業(yè)彈性更 高，在存儲資本開支恢復(fù)上行周期里，受益程度更深。公司營業(yè)收入 2021Q1 按區(qū)域劃 分，中國大陸占據(jù) 32%，韓國占據(jù) 31%，中國臺灣占據(jù) 14%，為其前三大市場。
Lam Research 核心設(shè)備產(chǎn)品線包括諸如：（1）FLEX（2004）：3D Nand 高深寬比 ALE 刻蝕；（2）Kiyo（2004）：DRAM 淺柵槽刻蝕 ALE；（3）Syndion：CMOS 和 HBM 刻蝕；（4）ALTUS：3D Nand 和 DRAM 的 ALD；（5）Vector：硬掩膜 ALD、3D Nand 多層沉 積。
持續(xù)外延并購，補全產(chǎn)品線及技術(shù)覆蓋。1997 年收購 On Trak Systems（CMP 清洗設(shè)備）；2006 年收購 Bullen Semiconductor（腔室關(guān)鍵部件）；2008 年收購 SEZGA（單晶圓清洗 設(shè)備、濕法刻蝕）；2012 年收購 Novellus（沉積、CMP）；2017 年收購 Conventor（仿真 與建模軟件）。
五、國內(nèi)龍頭：北方華創(chuàng)、中微公司刻蝕設(shè)備快速放量
北方華創(chuàng)是國內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體高端裝備及一體化解決方案供應(yīng)商。公司深耕于芯片制造 刻蝕領(lǐng)域、薄膜沉積領(lǐng)域近 20 年，現(xiàn)已成為國內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體高端工藝裝備及一站式 解決方案的供應(yīng)商。公司立足半導(dǎo)體裝備、真空裝備、新能源鋰電裝備及精密元器件構(gòu) 成公司四大核心事業(yè)集群，半導(dǎo)體設(shè)備品類國內(nèi)最為完備，客戶覆蓋中芯國際、華虹、 三安光電、京東方等各產(chǎn)業(yè)鏈龍頭，營銷服務(wù)輻射歐、美、亞等全球主要國家和地區(qū)。
北方華創(chuàng) ICP 刻蝕機領(lǐng)域國內(nèi)領(lǐng)先，金屬刻蝕 8 英寸打破國外壟斷，12 英寸突破 28nm 以下制程。北方華創(chuàng) 2005 年第一臺 8 英寸 ICP 刻蝕機在客戶端顯，12 英寸刻蝕機在 客戶端 28nm 實現(xiàn)國產(chǎn)替代，2020 年 12 月，北方華創(chuàng) ICP 刻蝕機交付突破 1000 腔， 標(biāo)志著國產(chǎn)刻蝕機得到客戶廣泛認可。
2017 年公司 8 英寸鋁金屬刻蝕機進入國內(nèi)主流代工廠生產(chǎn)線，獨特的腔室結(jié)構(gòu)和溫度控 制設(shè)計，可大幅提升了設(shè)備的穩(wěn)定性、重復(fù)性和生產(chǎn)工藝水平，打破了國際廠商長期壟 斷 8 英寸刻蝕機的局面；同時公司推出 12 英寸 TiN 硬掩膜刻蝕機，可應(yīng)用于 28-14nm 邏輯制程中。2016 年自主研發(fā)的國內(nèi)首臺應(yīng)用于 14nm 制程的 ICP 刻蝕機 NMC612D 進入上海集成電路研發(fā)中心，正式邁入 14nm 刻蝕工藝。
中微公司是國內(nèi)領(lǐng)先、世界排名前列的半導(dǎo)體高端設(shè)備制造商。公司主營業(yè)務(wù)是刻蝕設(shè) 備和 MOCVD?？涛g機用于半導(dǎo)體制程，客戶涵蓋臺積電、中芯國際、海力士、華力微、 聯(lián)華電子、長江存儲等；MOCVD 用于 LED 外延片制程，客戶涵蓋三安、華燦、乾照等。
中微公司刻蝕產(chǎn)品線逐步成熟，從 CCP 向 ICP 快速開拓。中微公司 CCP 刻蝕設(shè)備應(yīng)用 于國際一線客戶從65nm到5nm、64層及128層3D NAND晶圓產(chǎn)線及先進封裝生產(chǎn)線， 中微公司 ICP 刻蝕設(shè)備已經(jīng)趨于成熟，在 10 家客戶生產(chǎn)線進行驗證，并逐步取得客戶 的重復(fù)訂單。中微公司 CCP 刻蝕設(shè)備包括雙反應(yīng)臺 Primo AD-RIE 和單反應(yīng)臺的 HD-RIE， 覆蓋了 65 納米、45 納米、32 納米、28 納米、22 納米、14 納米、7 納米到 5 納 米關(guān)鍵尺寸的眾多刻蝕應(yīng)用；中微公司的 ICP 設(shè)備 Nanova 已經(jīng)累計交付 100 臺反應(yīng)腔，在領(lǐng)先的邏輯芯片、DRAM 和 Nand 廠商產(chǎn)線實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。
屹唐股份擁有干法刻蝕設(shè)備 paradigmE 系列，采用專有的法拉第屏蔽電感耦合等離子 (ICP) 源與蝕刻偏臵控制相結(jié)合，設(shè)備采取雙晶圓反應(yīng)腔、雙反應(yīng)腔產(chǎn)品平臺設(shè)計，主要可用于 65 納米到 5 納米邏輯芯片、10 納米系列 DRAM 芯片以及 32 層到 128 層 3 閃存芯片制造中若干關(guān)鍵步驟的大規(guī)模量產(chǎn)。
來源：光刻人的世界