半導體設備，下一個爆點

原標題：半導體設備，下一個爆點

「它不是光刻機，但重要性僅次於光刻機。」「蝕刻技術將取代光刻成為芯片製造核心。」

半導體市場的兩則言論，直接將刻蝕設備的熱潮推向高點。

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光刻機，不再是*解

上述言論中的后一句，來自英特爾的一位高管。

目前，ASML的極紫外（EUV）光刻機是製造高端芯片（如7nm及以下節點）的關鍵設備。

然而，該董事認為，像環繞柵極場效應晶體管（GAAFET）和互補場效應晶體管（CFET）這樣的新型設計，將顯著增加光刻之后製造步驟（特別是刻蝕技術）的重要性，從而削弱光刻在整體工藝中的主導地位。

具體來看，新型晶體管設計的核心在於「包裹」柵極結構（GAAFET）或堆疊晶體管組（CFET）。這種三維結構的複雜性對精確刻蝕提出了更高要求。爲了從各個方向「包裹」柵極或創建堆疊結構，芯片製造商需要更精細地、特別是橫向地去除晶圓上的多余材料。

因此，該董事指出，未來的重點可能從單純依賴光刻機縮小特徵尺寸，轉向更復雜、更關鍵的刻蝕工藝。

半導體設備市場的下一個風口將吹向哪里？答案或許藏在刻蝕設備的技術突破里。

那麼刻蝕技術在當前的芯片製造中正在發揮哪些作用？在未來的芯片製造中又需要怎樣的刻蝕技術？

 02

刻蝕設備，逆襲的黑馬

在全球晶圓製造中，光刻、刻蝕和薄膜沉積技術被稱為半導體制造的「三駕馬車」。這三者的價值量佔比分別為22%、21%和21%。

光刻環節將電路圖形轉移到覆蓋於硅片表面的光刻膠上，通過光照和顯影實現。

刻蝕環節是用化學或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程，其基本目標是在塗膠的硅片上正確地複製掩模圖形。

如果將光刻機簡單比喻為芯片電路中的「投影儀」，那麼刻蝕機便可視為芯片結構的"雕刻刀」。

 03

刻蝕設備，兩大重要應用

刻蝕設備的重要性，正從兩個維度清晰顯現。

這不是突發的行業熱點，而是製造邏輯演變的必然。

*點，隨着製程節點的縮小，刻蝕工藝的複雜性正呈現指數級增長。

中微公司董事長尹志堯曾表示：「14nm以下芯片，刻蝕機的作用越來越重要。」

因為儘管是光刻機，也並非「常勝將軍」，它也存在它的極限。目前EUV光刻機的波長限制在13.5nm，它做出來的線條只能做到14nm，10nm、7nm、5nm芯片要通過多重模版的方法，把20nm光刻機線條翻版成兩個10nm線條，再翻版成5nm的線條，這一過程中，刻蝕設備作用巨大。

當芯片製程來到0.5nm以下，儘管是EUV光刻機，也難以為繼。

SEMI數據顯示，在芯片製造流程里，從65nm 製程演進至 7nm 製程，光刻步驟數量僅增加了約 30%，但刻蝕步驟數量卻激增了超過 300%。足以見得，如今的刻蝕環節已不再僅僅是光刻之后的輔助工序，而是成為決定芯片性能、良品率及先進製程實現的核心環節。

第二點，刻蝕設備的應用貫穿半導體制造全流程，尤其在邏輯芯片、存儲芯片（如DRAM、3D NAND）及先進封裝中發揮關鍵作用。

如今，隨着集成電路 2D 存儲器件的線寬已接近物理極限，NAND 閃存已進入 3D 時代。而在3D NAND 存儲芯片製造中，每片晶圓的刻蝕工序佔比從 2D NAND 時代的約 25% 提升至如今超過 50%。這清晰表明，隨着芯片從平面走向立體堆疊，「雕刻」工序的複雜度和重要性不亞於「投影」工序。

同理，先進封裝技術也對刻蝕設備提出更高的訴求。比如在 Chiplet集成中，刻蝕設備需同時處理硅、介質與金屬多種材料，其選擇性刻蝕能力（如對銅的刻蝕速率是介質的 100 倍以上）直接決定了不同芯粒間的互聯良率。

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國產刻蝕設備，已有佼佼者

目前，由於刻蝕工藝複雜、技術壁壘高，全球刻蝕設備市場集中度高。國際巨頭泛林科技、應用材料和東京電子等佔據市場的主導地位。

按照刻蝕方式分類，刻蝕設備可以分為濕法刻蝕和干法刻蝕。濕法刻蝕由於刻蝕的精度較低，在製程不斷微縮的情境下，逐漸被干法刻蝕取代，在部分製程要求不太精密的芯片上在使用濕法刻蝕。

按照被刻蝕材料劃分，主要分為硅刻蝕、介質刻蝕以及金屬刻蝕。不同的刻蝕材質其所使用的刻蝕機差距較大。

對中國半導體而言，光刻機的價值毋庸置疑，刻蝕機的分量同樣不可輕估。

對於國產芯片製造來説，FinFET 工藝仍是先進製程的主流選擇。受限於部分設備性能，國內先進製程要實現更小尺寸，不得不依賴多重曝光技術—這一現實，正讓刻蝕技術及相關設備的需求與重要性持續攀升。

目前國內已有兩大半導體設備公司嶄露頭角，分別為北方華創和中微公司。

北方華創作為半導體設備領域的平臺型企業，其半導體設備品類數量在國內同類型廠商中位居前列，覆蓋光膠處理、刻蝕、清洗、熱處理、化學氣相沉積、物理氣相沉積等多個集成電路生產環節。中微半導體則不同，屬於半導體專業型設備商，其半導體設備僅聚焦刻蝕工藝環節。

在具體的刻蝕設備上，這兩家公司也各有側重。北方華創主營硅刻蝕設備，中微半導體專攻介質刻蝕設備。 

若論刻蝕設備細分賽道的熱門公司，中微公司的看點相對較多。其在CCP、ICP設備領域均擁有強大的產品實力，部分產品已經進入海外產線，批量應用於5nm及以下先進製程生產線。

但是從整個半導體設備市場來看，北方華創的關注度則更高。

至於國產半導體市場，需要何種刻蝕設備？又對這些半導體設備公司提出了哪些要求？

目前，國產半導體對刻蝕設備的需求主要呈現兩大特徵，分別為：「全鏈條覆蓋」 與「尖端突破」 。

在技術維度，既需要能覆蓋成熟製程全流程的綜合型設備能力——如支持 14nm 及以上邏輯芯片、3D NAND 存儲芯片製造的 ICP/CCP 刻蝕設備，以滿足國內晶圓廠大規模擴產對穩定供應鏈的需求；更渴求突破 5nm 及以下先進製程的尖端設備，尤其是在高深寬比刻蝕（深寬比≥90:1）、原子層刻蝕等關鍵技術上實現自主可控，從而擺脫對多重曝光工藝的過度依賴，支撐 FinFET 向更先進架構演進。

上述這幾點，中微公司已展開佈局。

從應用場景看，需求呈現明顯的分層特徵：成熟製程領域需要高性價比、高穩定性的設備，以適配汽車電子、工業控制等領域的大規模生產；先進封裝與 Chiplet 集成領域則要求設備支持不同工藝的高精度加工；而邏輯芯片前沿製程更依賴刻蝕設備的「選擇性刻蝕」 與 「三維結構加工」 能力，以滿足 GAAFET、CFET 等新型器件對微觀結構的嚴苛要求。

在這一點上，北方華創與中微公司均在持續突破。

 05

刻蝕設備，后起之秀

近日，在半導體刻蝕設備市場，迎來一位「后起之秀」。

7月8日，屹唐半導體正式在科創板敲響上市鍾聲。

屹唐半導體前身為美國應用材料公司旗下的半導體濕法設備業務部門，2015年通過國產化收購重組成立，目前已形成刻蝕、薄膜沉積、快速熱處理等三大類核心設備產品線，客户覆蓋中芯國際、以及國內兩大存儲芯片龍頭。

該公司干法刻蝕設備起步較晚，佔主營收入比重不足15%，但作為國內為數不多可以量產刻蝕設備的廠商，2021~2023年市佔率始終為全球前十。

屹唐半導體已進入三星、SK海力士國際大廠供應鏈。此外，其自主研發的14nm刻蝕設備已通過客户端驗證。

屹唐股份副總裁兼財務總監謝妹在近期舉辦的投資者交流會上表示，該公司干法刻蝕設備處於市場開拓階段，毛利率尚處於相對較低的水平。隨着公司技術逐步突破，在不斷通過客户端驗證后，干法刻蝕設備可以按照市場價格逐步形成規模化的銷售，毛利率水平及毛利金額佔比相較以前年度均有所提升。

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原子層刻蝕，未來已來

至於未來的芯片製造中將需要何種刻蝕技術？

隨着半導體技術的發展，芯片關鍵尺寸不斷縮小，FinFET和三維 NAND 閃存等複雜三維結構對刻蝕工藝提出了高精度、低損傷和高選擇性的要求。傳統干法刻蝕技術在這些方面已難以滿足需求，而原子層刻蝕（Atomic Layer Etching, ALE）作為一種高精度原子尺度微加工技術，逐漸成為半導體制造中的關鍵技術之一。

這一技術的特性與英特爾所提及的未來芯片製造趨勢也高度契合。

早在2018年，業內專家就曾對刻蝕設備的未來發展做出清晰預測。

Richard Gottscho博士曾表示，如今晶體管微縮面臨的*挑戰是均勻性問題。例如：把一個10納米的芯片進行微縮，它的均勻度要求通常在10%，即要維持在1個納米；同樣的原理應用到3納米上，10%就是0.3納米，就是三個埃，也就是一個原子的尺寸。

也就是説，未來我們需要對工廠里的產品在原子尺寸上進行毫無差別的掌控，並保證其結果一致，這就是*的挑戰。從晶圓製造的過程看，過往的沉積和刻蝕技術已無法發揮原有的作用，探索新的解決方案成爲了廠商工作的重點，而包括原子層刻蝕在內的原子層技術就是其中的一個選擇。

那麼什麼是原子層刻蝕？

ALE 能夠將刻蝕精確到一個原子層（相當於 0.4nm），要求刻蝕過程均勻地、逐個原子層地進行，並停止在適當的時間或位置，從而獲得極高的刻蝕選擇率。

不僅如此，ALE 刻蝕速率的微負載（Microloading）效應也因為自飽和效應的保證而幾乎為零 —— 不論在反應快的部位還是反應慢的部位，每個周期僅完成一個原子層的刻蝕。另外，ALE 所用到的等離子體相當弱，有的甚至採用遠程等離子體源，等離子體攜帶的紫外輻射和電荷量都很小，因此對器件的電學損傷非常小。

憑藉精確的刻蝕控制、良好的均勻性、微小的負載效應等優點，ALE 越來越受到重視，重新成為研究熱點。不過，目前 ALE 的應用還處於初級階段，相應的設備也仍不成熟。

在這一技術的產業化進程中，國際廠商已先行佈局。泛林對 ALE 的佈局已持續十年：2014 年在 Sematech 研討會上定義 ALE 工藝，2016 年推出 Flex 系列系統，實現業界*用於高產量製造的等離子體增強 ALE（PE-ALE）功能，推動該技術進入商業化應用的新階段。

國內頭部刻蝕設備公司也及時捕捉到這一趨勢。中微公司關於原子層刻蝕的相關研究進程未曾公佈。但北方華創在2019 年就曾披露其自主研發的原子層刻蝕設備成功進入行業知名客户的生產線，為國產設備在先進製造、高端裝備領域的突破再添助力。

 07

結語

當光刻的「極限」 逐漸顯現，刻蝕設備正從芯片製造的 「關鍵配角」 走向舞臺中央。從英特爾高管預言刻蝕技術將提升權重，到 3D NAND、GAAFET 等新型結構對刻蝕精度提出原子級要求，這條賽道的熱度並非偶然，而是半導體制造邏輯演進的必然結果。

國內市場已給出清晰答案：中微公司在介質刻蝕領域的尖端突破、北方華創在全鏈條設備上的平臺優勢、屹唐半導體作為后起之秀的快速拓展，共同勾勒出國產刻蝕設備的「梯隊成長」 格局。它們的競爭與協作，既在迴應成熟製程擴產的規模化需求，也在攻堅 5nm 以下先進製程、原子層刻蝕等技術高地。