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刻蚀机市场混战,国产刻刀将刻下浓墨重彩的一笔

来源:亿欧   作者:张伟超   时间:2020-01-07 15:01  字号选择:

希望国产“刻刀”刻下这浓墨重彩的一笔仅仅是个开始。

半导体产品从设计到制造,大致可以分为顶层设计、晶圆制造、封装测试三大步骤。 


顶层设计完成后,需要晶圆加工厂根据设计图纸对晶圆进行加工,这一过程称为晶圆制造。晶圆制造包含前后两道工艺,前道工艺主要包括:扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光和金属化;后道工艺主要是互联、打线、密封等封装工艺。 


由于半导体产品制造工序繁多,所以在制造过程中需要大量的半导体设备和材料。 


这一系列晶圆制造过程中所用设备,可分为光刻机、刻蚀机、薄膜沉设备、CMP设备、检测设备等。 


其中,光刻机名声大噪,而刻蚀机却显得有些籍籍无名。 


其实,光刻机与刻蚀机是需要配合使用的“兄弟机器”。 


光刻机相当于画师。“光刻”是指在涂满光刻胶的晶圆上,盖上事先做好的掩膜版,然后用紫外线隔着掩膜版对晶圆进行一定时间的照射。利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法,将掩膜版上的电路图形传递到晶圆的表面或介质层上,形成有效的图形窗口或功能图形。原理就是利用紫外线使部分光刻胶变质,易于腐蚀。 


由于在晶圆的表面上,电路设计图案直接由光刻技术决定,因此光刻工艺也是芯片制造中最核心的环节。


而刻蚀机是雕刻家。“刻蚀”是光刻后,先用一种腐蚀液将变质的那部分光刻胶腐蚀掉,晶圆表面就显出半导体器件及其连接的图形。然后用另一种腐蚀液对晶圆腐蚀,形成半导体器件及其电路。刻蚀工艺的方法有两大类,湿法蚀刻和干法蚀刻。


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由于光刻机需要把纳米级精细的图案印到晶圆上,而刻蚀机只需根据印上去的图案刻蚀掉有图案,或者没有图案的部分,所以刻蚀机的技术壁垒远低于光刻机。 


半导体产业转移,多元化巨头竞争


设备制造难度没有达到高不可攀的程度,这也让刻蚀机的全球竞争更加多元化,没有出现像光刻机市场一样,只有一家寡头垄断的局面。 


根据SEMI统计,除 2008、2009 年刻蚀设备销售额出现较大幅度下滑之外,2006 年至今,刻蚀设备市场规模一直在 60 亿美元左右波动。2018 年全球刻蚀设备市场规模达到新高,突破100亿美元。  


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国外刻蚀机设备厂商主要有美国的拉姆研究(Lam Research)、应用材料(Applied Materials)、科林研发(KLA-Tencor,2015年被拉姆收购),日本的东京电子(TEL)、日立国际(Hitach),英国的牛津仪器,且均已经可以实现7nm制程。 


其中拉姆研究、东京电子和应用材料三家市场占比超过90%。拉姆研究更是独占全球刻蚀设备半壁江山。  


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笔者认为,紧跟产业转移,是海外半导体设备公司长盛不衰的重要原因。 


自半导体产业在美国诞生以来,全球半导体产业总共发生过三次大规模转移:第一次是上世纪八十年代,由美国本土向日本转移;第二次是从上世纪九十年代开始向韩国和中国台湾转移;第三次是近年来向中国大陆转移。 


三次转移中,应用材料和拉姆研究都及时调整了全球战略布局,充分利用了产业转移带来的机遇。 


应用材料是全球最大的半导体设备厂商。应用材料成立于1967年的美国,是全球最大的半导体设备公司,产品横跨CVD、PVD、刻蚀、CMP、RTP等除光刻机外的几乎所有半导体设备。在全球晶圆处理设备供应商中排名第一。 


1979年应用材料就在日本设立了子公司Applied Materials Japan。1983年,应用材料在日本的营业收入就几乎达到了其全球总收入的三分之一。应用材料于1985年在韩国设立办事处,1989年在中国台湾设立办事处。中国台湾营收在2004年超过北美,成为应用材料营业额全球最高的地区。 


可以发现,应用材料在全球市场关键的每一步,都踩在了全球半导体产业转移的节点上,拉姆研究也是这样。 


拉姆研究1980年成立,是向世界半导体产业提供晶圆制造设备和服务的主要供应商之一,是目前全球第三大半导体生产商。拉姆研究1989年便在韩国开设了第一间办公室,1990年在中国设立办事机构,根据拉姆研究2018年年报披露,中日韩三地营收占其营收总比例的80%。 


国内“刻刀”已锋利,但突破仍需潜心钻研 


现在,全球半导体产业正在经历第三次大规模转移,中国将成为下一个全球半导体产业聚集地。在这样的背景下,中国的半导体产业将迎来无限的机遇。近几年,国内也涌现了一批先进的刻蚀设备制造企业。 


北方华创是由七星电子和北方微电子战略重组而成,是目前国内集成电路高端工艺装备的 龙头企业。据其2018年报披露,北方华创90-28nm集成电路工艺设备实现了产业化,14nm集成电路工艺设备进入了工艺验证阶段。 


而在科创板上市的中微公司,已成功自主研制5nm等离子体刻蚀机,或将用于全球首条5nm芯片制程生产线。中国的刻蚀设备技术已追赶到较为领先的水平。 


但这并不是众多网络媒体所称的,“中国芯片生产技术终于突破欧美封锁,第一次占领世界制高点”,“中国弯道超车”等等。 


众多专家学者表示,我国等离子刻蚀机这几年进步确实不小,但刻蚀只是芯片制造多个环节之一,我国在大部分工序上仍然落后,尤其是在核心光刻机领域。


半导体设备有进步当然是好事,但不应该夸大其战略意义,刻蚀机也不是国外对华禁售的设备,虽然国内技术十分优秀,但从市场上来看,国内企业与拉姆研究、东京电子和应用材料等企业相比,国外巨头体量优势明显。 


希望国产“刻刀”刻下这浓墨重彩的一笔仅仅是个开始。 

关键词:科创版 
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