一，刻蝕設(shè)備：半導(dǎo)體制造工藝的核心設(shè)備之一
作為大部分的電子產(chǎn)品中的核心單元主要材料，半導(dǎo)體在消費電子、通信系統(tǒng)、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。完整的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈包括半導(dǎo)體設(shè)計公司、半導(dǎo)體制造公司、半導(dǎo)體封測公司和半導(dǎo)體設(shè)備與材料公司。其中，半導(dǎo)體設(shè)備的主要應(yīng)用階段為半導(dǎo)體的制造與封測工藝流程。半導(dǎo)體的制造工藝流程包括晶圓制造、晶圓加工和封裝測試三個部分。晶圓制造：將半導(dǎo)體材料開采并根據(jù)半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)進行提純后，通過一系列化學(xué)反應(yīng)和表面處理，形成帶有特殊粒子和結(jié)構(gòu)參數(shù)的晶體，經(jīng)過一系列處理后制成晶圓薄片（主要是硅晶圓），過程中主要運用單晶爐、CMP、清洗機等設(shè)備。晶圓加工：制成晶圓后，在表面上形成器件或集成電路，其中，前端工藝線（FEOL）是晶體管和其他器件在晶圓表面上的形成，后端工藝線（BEOL）是以金屬線把器件連在一起并加一層最終保護層。加工過程中主要運用光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設(shè)備、離子注入機、清洗機等設(shè)備。
封裝測試：晶圓上的芯片需要經(jīng)過多道工序才能分隔開，并要進行針對性的測試和封裝，得到應(yīng)用于不同電子單元、不同下游領(lǐng)域的成品芯片，過程中主要運用各類測試和封裝設(shè)備。不同過程所需投資額以及相應(yīng)半導(dǎo)體設(shè)備不同。根據(jù)Gartner和SEMI等機構(gòu)的統(tǒng)計，按工程投資分類潔凈室投資占比約為20-30%左右，其余的70%主要為半導(dǎo)體相關(guān)設(shè)備采購。其中晶圓加工環(huán)節(jié)（即賦予晶圓相應(yīng)的電學(xué)特性）所需設(shè)備投資價值占比最高，約占80%左右。封裝測試環(huán)節(jié)和晶圓制造環(huán)節(jié)受先進制程工藝影響較小，對于設(shè)備精度需求相對較低，因此所需設(shè)備投資價值量占比較低，分別為20% 和0.5%。晶圓加工環(huán)節(jié)設(shè)備又可進一步分為刻蝕設(shè)備、光刻設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備、化學(xué)機械拋光設(shè)備、檢測設(shè)備和其他沉積設(shè)備等。根據(jù)SEMI的統(tǒng)計，其中刻蝕設(shè)備投資占比第一，2017年占晶圓加工環(huán)節(jié)設(shè)備銷售額的24%。
在半導(dǎo)體制造工藝中，薄膜沉積、光刻、刻蝕三大工藝是半導(dǎo)體制造流程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接決定了芯片的分層結(jié)構(gòu)、表面電路圖形等，顯著影響芯片的電學(xué)參數(shù)和應(yīng)用性能。
其中，刻蝕是用化學(xué)或者物理方法將晶圓表面不需要的材料逐漸去除的過程， 決定了晶圓上的芯片電路能否與光掩模版上的芯片電路保持一致，是圖形化工藝中的重點。主要考慮的參數(shù)有刻蝕速率、刻蝕剖面（各向同性/各向異性）、刻蝕偏差、選擇比（對兩種不同材料刻蝕速率的比值大小）、均勻性、殘留物等。按照工藝劃分，刻蝕主要分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩大類。
濕法刻蝕：濕法刻蝕主要利用化學(xué)試劑與被刻蝕材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進行刻蝕，由于采用化學(xué)方法刻蝕，因此其刻蝕是各向同性的（橫向縱向的材料均會被腐蝕），側(cè)壁容易產(chǎn)生橫向刻蝕造成刻蝕偏差，通常用于工藝尺寸較大的應(yīng)用（局限于3μm以上的圖形尺寸）；此外，濕法刻蝕還存在后續(xù)沖洗和干燥、液體化學(xué)品有毒害、潛在的工藝污染等問題。干法刻蝕：干法刻蝕主要利用反應(yīng)氣體與等離子體進行刻蝕，具有各向異性（刻蝕的時候可以控制僅垂直方向的材料被刻蝕，而不影響橫向的材料）的優(yōu)點，適用于尺寸較小的先進制造工藝。同時其以氣體為主要媒介，不需要液體化學(xué)品或沖洗。干法刻蝕進一步又可以分為等離子體、離子銑和反應(yīng)離子刻蝕三種技術(shù)，其中以干法等離子體刻蝕為主導(dǎo)。按照刻蝕的材料劃分，刻蝕可分為介質(zhì)刻蝕、硅刻蝕和金屬刻蝕三大類。根據(jù)BARRON’S的統(tǒng)計，針對氧化硅、氮化硅等介質(zhì)材料刻蝕的介質(zhì)刻蝕設(shè)備占比約48%、針對單晶硅、多晶硅、硅化物等硅材料刻蝕的硅刻蝕設(shè)備占47%，占據(jù)了市場的主導(dǎo)地位。二，刻蝕設(shè)備市場空間大，國外廠商目前占據(jù)主導(dǎo)地位
長期看，受益全球半導(dǎo)體需求增加與產(chǎn)線產(chǎn)能的擴充。全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)空間廣闊，根據(jù)全球半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織（WSTS）的數(shù)據(jù)，2018年全球半導(dǎo)體（含分立器件、光電子、傳感器、集成電路）市場規(guī)模高達(dá)4687.8億美元，同比增13.7%，十年復(fù)合增速達(dá)6.5%。展望未來，我們認(rèn)為在5G、AI、汽車電子等新興領(lǐng)域的驅(qū)動下，半導(dǎo)體的長期成長空間有望進一步拉大。從半導(dǎo)體的應(yīng)用結(jié)構(gòu)來看，根據(jù)賽迪顧問的統(tǒng)計，2018年半導(dǎo)體下游應(yīng)用領(lǐng)域分別為通信（32.4%）、計算機（30.8%）、工業(yè)（12%）、消費電子（12%）、汽車（11.5%）、政府（1%），每個領(lǐng)域均有相應(yīng)的成長點，5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、人工智能的應(yīng)用與產(chǎn)品升級、智能終端的技術(shù)創(chuàng)新以及自動駕駛的持續(xù)滲透等，都帶來了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模的進一步提升。
先進制程與存儲技術(shù)帶來刻蝕設(shè)備增長機遇。一方面，在14納米到10納米、7納米甚至5納米的制程演進中，現(xiàn)在市場上普遍適用的沉浸式光刻機受光波長的限制，關(guān)鍵尺寸無法滿足要求，因此需要通過多次沉積+刻蝕的方式來實現(xiàn)更小的尺寸，多重模板工藝顯著增加了刻蝕設(shè)備的需求。同時由于關(guān)鍵尺寸的減小，對刻蝕的各項指標(biāo)的要求也更加嚴(yán)苛，隨著制程的不斷演進，刻蝕設(shè)備的占比近年來也呈現(xiàn)快速提升趨勢。另一方面，2D存儲器件線寬接近物理極限，NAND閃存進入3D時代，而3D NAND需要增加堆疊的層數(shù)，需要刻蝕加工更深的孔以及更深的挖槽，增加了對刻蝕設(shè)備的投資需求。根據(jù)東京電子的統(tǒng)計，3D NAND中刻蝕設(shè)備的支出占比達(dá)到 50%，遠(yuǎn)高于此前工藝NAND的15%。
從市場規(guī)模的數(shù)據(jù)來看，根據(jù)Wind的統(tǒng)計，2018年全球半導(dǎo)體設(shè)備達(dá)到645.3億美元，同比增14%，其中晶圓處理設(shè)備為502億美元，占比78%，同比增52%。其中，假定2018年刻蝕設(shè)備占晶圓處理設(shè)備比例與SEMI披露的2017年的24%相同，則2018年刻蝕設(shè)備的全球市場規(guī)模突破百億美元級別，達(dá)120.5億美元，同比增56%。
半導(dǎo)體設(shè)備整體、以及細(xì)分的刻蝕設(shè)備行業(yè)屬于典型的技術(shù)密集型行業(yè)，產(chǎn)品技術(shù)含量高、附加值高、對企業(yè)研發(fā)提出較高要求。同時配套產(chǎn)業(yè)要求高、客戶認(rèn)證周期長，對采購、銷售等業(yè)務(wù)管理能力也提出了較高的要求。國外巨頭由于起步早，資金、技術(shù)、客戶資源、品牌等方面具備優(yōu)勢，目前占據(jù)較高市場份額。根據(jù)VLSI Research的統(tǒng)計，2018年全球前五大半導(dǎo)體設(shè)備制造廠商，占據(jù)了全球半導(dǎo)體設(shè)備市場65%的市場份額。
在需求增長較快的刻蝕設(shè)備領(lǐng)域，行業(yè)集中度更高，根據(jù)The Information Network的數(shù)據(jù)，泛林半導(dǎo)體、東京電子、應(yīng)用材料2017年市場占有率分別為55%、20%和19%，合計占據(jù)94%的市場份額。國內(nèi)刻蝕設(shè)備廠商為中微公司和北方華創(chuàng)。三，國內(nèi)刻蝕設(shè)備迎來突破，成為國產(chǎn)替代先鋒
首先，政策、資金、市場助力，國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備迎來密集投資期。當(dāng)前中國半導(dǎo)體設(shè)備迎來發(fā)展機遇，從需求端的角度來看，政策、資金、市場是三大助力因素：政策扶持：早在2008年出臺的“02專項”實現(xiàn)國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備從零到一大跨越。取得了顯著階段成果，包括服務(wù)全球的65-28nm先進制程工藝、高密度封裝技術(shù)、30多種高端設(shè)備和上百種關(guān)鍵材等。同時誕生了以北方華創(chuàng)、中微電半導(dǎo)體等國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備龍頭廠商。近幾年政府也先后出臺《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》、《鼓勵集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展企業(yè)所得稅政策》等政策，從稅收、資金等各個維度為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)給予扶持，并對半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)提出了明確的發(fā)展目標(biāo)要求。資金支持：大基金一期投資完畢，注資領(lǐng)域重點在晶圓代工領(lǐng)域，投資方向主要集中在先進工藝產(chǎn)線和存儲器設(shè)計。其中代工企業(yè)晶圓廠擴產(chǎn)以及先進制程工藝提升均需采購跟多數(shù)量以及更為先進的半導(dǎo)體設(shè)備，目前國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備在300mm晶圓以及28nm工藝已經(jīng)具備全球競爭力水平，隨著14nm工藝設(shè)備完成驗證以及商用，國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備制造商有望新一輪晶圓制造投資。下游市場：中國為最主要的全球半導(dǎo)體需求市場，根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)，2018年中國大陸半導(dǎo)體銷售額占全球銷售額占比為34%，根據(jù)Wind統(tǒng)計，近年來中國半導(dǎo)體設(shè)備銷售額占全球比重不斷提升，但至2018年也僅有20%，仍然有不小提升空間。三大因素助力中國內(nèi)地晶圓制造產(chǎn)線增加，帶來半導(dǎo)體設(shè)備投資機遇。根據(jù)我們的統(tǒng)計，中國內(nèi)地目前在建的晶圓廠：12寸晶圓廠共16條，投資額合計6,058億元；8寸晶圓廠共6條，投資額合計247億元。另外計劃建設(shè)的晶圓廠13條，其中有披露投資額的合計4,946億元。而晶圓廠設(shè)備采購時間一般為投產(chǎn)前1年左右開始，投產(chǎn)后1年完成相關(guān)晶圓廠設(shè)備采購，帶來了半導(dǎo)體設(shè)備的投資機遇。其次，國內(nèi)廠商刻蝕設(shè)備迎來突破，有望顯著受益。
國內(nèi)刻蝕設(shè)備的主要廠商為中微公司和北方華創(chuàng)，近年來兩家公司分別在技術(shù)儲備以及客戶認(rèn)證方面取得了良好的進展。中微公司經(jīng)過多年積累，刻蝕設(shè)備技術(shù)已接近國際領(lǐng)先水平，目前在65納米到7納米的加工上均有刻蝕應(yīng)用，并已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，目前公司正在進行7納米和5納米部分刻蝕應(yīng)用的客戶端驗證，進展良好。北方華創(chuàng)部分設(shè)備如硅刻蝕機也已經(jīng)在國產(chǎn)12英寸設(shè)備已經(jīng)在生產(chǎn)線上實現(xiàn)批量應(yīng)用。根據(jù)中國國際招標(biāo)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，2017年中標(biāo)長江存儲刻蝕機訂單一共54臺，其中中微半導(dǎo)體中標(biāo)7臺，占比約7%，而2018-2019年一共中標(biāo)81臺刻蝕機，其中中微半導(dǎo)體和北方華創(chuàng)分別中標(biāo)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(chuàng)的突破進展喜人，未來有望繼續(xù)顯著受益。聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)發(fā)僅為更大范圍傳播，若有異議請聯(lián)系我們修改或刪除：zhangkai@cgbtek.com
