國內芯片廠商嘗試使用國產設備 芯源微塗膠顯影產品實現小批量替代

在半導體設備行業，目前國內光刻工序的相關設備正在逐步完善中。

光刻工序是芯片製造中最複雜、最關鍵的工藝步驟之一，主要包括塗膠、曝光、顯影三大步驟。即：先用塗膠機將光刻膠塗覆在晶圓表面，然后使用光刻機進行曝光，曝光之后用顯影機進行圖形顯影。

芯源微（688037.SH）是國內一家半導體專用設備生產廠商，其產品就包括光刻工序的塗膠顯影設備。芯源微的一位銷售人員向記者稱，該公司是國內唯一一家生產半導體塗膠顯影設備的上市公司。

芯源微在3月10日發佈的年報中表示，公司生產的塗膠顯影設備產品成功打破國外廠商壟斷並填補國內空白，其中在集成電路前道晶圓加工環節已獲得了多個前道大客户訂單及應用，實現小批量替代。(注：集成電路製造前道主要包括晶圓加工環節，后道主要包括封裝環節)

半導體工藝節點邁向先進製程

上訴芯源微人士告訴記者，該公司去年設備大概賣了300多臺，包括各種類型的塗膠顯影設備，用於前道和后道的設備都有。根據其2001年年報，該公司實現營業收入8.29億元，同比增長151.95%；歸屬於上市公司股東的淨利潤7735萬元，同比增長58.41%。

芯源微年報顯示，公司主要從事半導體專用設備的研發、生產和銷售，產品包括光刻工序塗膠顯影設備(塗膠/顯影機、噴膠機)和單片式濕法設備(清洗機、去膠機、濕法刻蝕機)，可用於8/12英寸單晶圓處理及6英寸及以下單晶圓處理。

而在集成電路製造前道中，晶圓加工領域用的塗膠顯影影設備主要被日本東京電子有限公司（以下簡稱「東京電子」）所壟斷。根據東京電子2021年年報，該公司去年的銷售淨額（Net sales）為13991億日元，同比增長24.1%；歸屬於所有者的利潤為2429億日元，同比增長31.2%。

東京電子還在業績説明會上表示，由於5G、智能手機、數據中心等市場的增長導致了半導體需求的強勁上升，預計2022年公司的銷售淨額可能會增長至17000億日元，歸屬於所有者淨利潤將會達到3300億日元。

芯源微在年報中稱，作為公司標杆產品，光刻工序塗膠顯影設備系集成電路製造過程中不可或缺的關鍵處理設備，主要與光刻機(芯片生產線上最龐大、最精密複雜、難度最大、價格最昂貴的設備)配合進行作業，通過機械手使晶圓在各系統間傳輸和處理，從而完成晶圓的光刻膠塗覆、固化、顯影、堅膜等工藝過程。作為光刻機的輸入(曝光前光刻膠塗覆)和輸出(曝光后圖形的顯影)，塗膠/顯影機的性能不僅直接影響到細微曝光圖案的形成，其顯影工藝的圖形質量和缺陷控制對后續諸多工藝(諸如蝕刻、離子注入等)中圖形轉移的結果也有着深刻的影響。

以芯源微公司生產的前道塗膠顯影設備為例，作為晶圓生產過程中配合光刻機工作的重要工藝設備，其產品結構複雜(包括約十余個功能模塊組及配套機器人)、單元眾多(百余個功能單元)、配件繁雜(數萬余個零部件)，同時還要確保平均每小時數千次的機械臂運動速度。

前道塗膠顯影設備技術涵蓋機械運動、温濕度及內環境控制、系統調度及控制、化學反應及化學品管控等，是多學科高度集成的現代高科技裝備，對生產廠商的技術儲備、工藝水平提出了較高要求。此外，影響前道塗膠顯影機實現量產銷售的難點還包括客户端工藝驗證，需要協調下游晶圓廠在不影響其生產線正常生產的情況下，提供光刻機、掩膜版、檢測設備及程序、客户產品片等資源配合，驗證流程複雜，所需時間長。

芯源微表示，在前道塗膠顯影領域，去年公司生產的前道塗膠顯影設備在28nm及以上工藝節點的多項關鍵技術方面取得突破，比如光刻工藝膠膜均勻塗敷技術、內部微環境精確控制技術、高產能設備架構及機械手優化調度技術等多項技術已達到國際先進水平，「各項技術成果也已應用到新產品中，未來具備快速實現國產替代的技術實力。」

例如，關於光刻工藝膠膜均勻塗敷技術，在28nm及以上技術節點的前道晶圓加工領域，芯源微的設備達到了國際先進水平,已開始部分量產。在后道先進封裝領域，芯源微的設備部分達到國際先進水平，如厚膠膜塗覆均勻性方面；部分不低於國際知名企業，如超厚膠膜塗覆均勻性方面。在內部微環境精確控制技術方面，芯源微的顆粒控制指標達到國際先進水平，設備內部環境温、濕度控制精度技術能力也全面提升。

「公司在前道塗膠顯影機的高產能架構方面也取得相應進展，高產能架構平臺應用完全自主知識產權的創新平臺，通過工藝單元雙側對稱佈置及機械手雙側同時取片，滿足光刻機不斷提升的產能需求。高產能架構平臺將作為公司未來前道塗膠顯影設備的通用性基礎平臺，覆蓋浸沒式等前沿光刻技術並向下兼容，應用場景廣泛。」芯源微表示。（浸沒式光刻技術：傳統的光刻技術中鏡頭與光刻膠之間的介質是空氣，而浸沒式技術是將空氣介質換成液體）

根據是否能與光刻機聯機，塗膠顯影設備可分為Off line（非聯機）與In line（聯機）兩大類，其中Off line多用於早期集成電路以及低端製造工藝。隨着集成電路製造工藝自動化程度提升，8英寸及以上的大型生產線中的塗膠顯影設備一般均與光刻機聯機作業(In line)。

上述芯源微人士告訴記者，該公司生產的設備聯機與不聯機的都有，聯機設備目前也有量產。公司生產的前道塗膠顯影設備可實現和多種主流光刻機聯機運行，比如阿斯麥爾(ASML)、佳能（Cannon）、尼康（Nikon）等。雖然説和國外設備相比，技術等級仍有一定的差距。

東吳證券分析師周爾雙和黃瑞連在近期發佈的研究報告中表示，半導體工藝節點正逐步邁向28nm以下先進製程，疊加立體結構芯片放量，晶圓製造過程中光刻工序循環次數將明顯增加，進而帶動塗膠顯影次數提升。另一方面，先進製程下光刻加工線寬明顯下降，為保障光刻機高效工作，光刻膠旋塗控制和顯影操作的技術難度均大幅提升，對應塗膠顯影設備的單位價值量也將明顯上升。

塗膠顯影設備實現小批量國產替代

上述芯源微人士告訴記者，目前國內很多芯片大廠都是該公司的客户，客户羣體比較廣泛。其中也包括一些芯片封裝的大廠，比如長電科技(600584.SH)等。近幾年，國內的芯片生產廠也傾向於嘗試使用國產設備。

芯源微在年報中表示，公司生產的塗膠顯影設備產品成功打破國外廠商壟斷並填補國內空白，其中在集成電路前道晶圓加工環節已獲得了多個前道大客户訂單及應用，實現小批量替代。

然而，2021年芯源微在半導體設備行業的毛利率為37.4%，比上年下降了4.55個百分點。芯源微在3月16日發佈的投資者關係活動記錄中解釋，2021年收入中，前道塗膠顯影產品佔比正在逐步提升，由於前道塗膠顯影設備正在市場開拓階段，毛利率水平尚未穩定。並且2021年供應鏈存在緊張的情況，原材料成本有所波動，「隨着公司前道塗膠顯影設備的產品標準化定型和未來大批量生產帶來的規模效應，以及零部件國產替代的不斷推進，未來公司毛利率水平將得到修復。」

「公司持續對前道塗膠顯影機的核心零部件進行自主或聯合研發。報告期內，公司在多種核心零部件研發上取得了突破性進展，已經成功實現了多種核心零部件的國產替代。核心零部件的國產替代有效保障了公司的供應鏈安全，同時也降低了物料成本並縮短了供貨周期。」芯源微表示。

當然，半導體設備行業具有較高的技術壁壘、市場壁壘和客户認知壁壘，以美國應用材料公司、荷蘭阿斯麥爾公司、美國泛林集團、日本東京電子有限公司、美國科天半導體公司等為代表的國際知名企業佔據了全球半導體設備市場的主要份額。例如，集成電路製造前道晶圓加工領域用的塗膠顯影設備主要被日本東京電子有限公司所壟斷。

不過，芯源微表示，去年一年內，公司生產的前道塗膠顯影設備獲得了多個前道大客户訂單及應用，下游客户覆蓋邏輯、存儲、功率器件及其他特種工藝等多家國內廠商。公司生產的Off line塗膠顯影機已實現批量銷售，In line塗膠顯影機已經通過部分客户驗證並進入量產銷售階段，KrF塗膠顯影機已經通過客户驗收。（krF光刻膠與ArF光刻膠主要用於半導體領域，二者曝光波長不同，ArF的分辨率更好，技術含量更高）

在后道設備領域，芯源微則表示：「公司生產的后道塗膠顯影設備和單片式濕法設備作為主流機型已批量應用於臺積電、長電科技、華天科技（002185.SZ）、通富微電（002156.SZ）、晶方科技（603005.SH）、中芯紹興、中芯寧波等國內一線大廠，目前已經成為客户端的主力量產設備。公司在后道領域持續開拓新客户，報告期內積極開拓了日月光（ASX.US）、矽品科技、盛合晶微等封裝客户。公司將在未來加大力度持續開拓中國臺灣以及海外市場。」

根據周爾雙和黃瑞連的介紹，前道晶圓加工以8/12英寸設備為主，主要與光刻機配合完成晶圓加工過程中的精細光刻工藝流程，對設備精度要求極高。而后道先進封裝主要用於Bumping、WLCSP等后道先進封裝技術的塗膠、顯影等工序，對設備精度的要求低於前道晶圓加工。（Bumping：晶圓凸塊加工；WLCSP：晶圓片級芯片規模封裝，不同於傳統的芯片封裝方式，先在整片晶圓上進行封裝和測試，然后才切割）

另外，芯源微亦介紹稱，該公司生產的小尺寸塗膠顯影設備與單片式濕法設備，可用於化合物半導體、微機電系統、LED芯片等多個領域，目前作為主流機型已批量應用於三安光電（600703.SH）、華燦光電(300323.SZ)、乾照光電(300102.SZ)、賽微電子(300456.SZ)、江西兆馳等國內一線大廠。