半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)之風(fēng)已至，政策環(huán)境利好國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)。在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向大陸轉(zhuǎn)移的過程中，半導(dǎo)體設(shè)備國產(chǎn)化具有重要戰(zhàn)略意義。
刻蝕機(jī)是用來做什么的
刻蝕機(jī)，顧名思義，對(duì)應(yīng)的是芯片制造中的“刻蝕”這一步。
在芯片制造中，“光刻”和“刻蝕”是兩個(gè)緊密相連的步驟，也是非常關(guān)鍵的步驟。“光刻”就相當(dāng)于用投影的方式把電路圖“畫”在晶圓上。注意，這個(gè)時(shí)候，電路圖其實(shí)不是真的被畫在了晶圓上，而是被畫在了晶圓表面的光刻膠上。光刻膠表層是光阻，一種光敏材料，被曝光后會(huì)消解。而“刻蝕”，才是真正沿著光刻膠表面顯影的圖案，將電路圖刻在晶圓上。
芯片的雕刻刀！半導(dǎo)體設(shè)備刻蝕機(jī)走在國產(chǎn)替代前列在芯片制造中，有三個(gè)核心的環(huán)節(jié)，分別是薄膜沉積、光刻和刻蝕。刻蝕就是用化學(xué)或物理方法對(duì)襯底表面或表面覆蓋薄膜進(jìn)行選擇性腐蝕或剝離的過程，進(jìn)而形成光刻定義的電路圖形。
其中，光刻是最復(fù)雜、最關(guān)鍵、成本最高、耗時(shí)最高的環(huán)節(jié)；刻蝕的成本僅次于光刻，重要性也在不斷上升；而薄膜沉積也是必不可少的重要工序，在制造中，為了實(shí)現(xiàn)大型集成電路的分層結(jié)構(gòu)，需要反復(fù)進(jìn)行沉積－刻蝕－沉積的過程。
半導(dǎo)體先進(jìn)制程加速，對(duì)刻蝕設(shè)備要求提高
刻蝕技術(shù)隨著硅片制造技術(shù)的發(fā)展有了很多改變，最早的圓筒式刻蝕機(jī)簡單，只能進(jìn)行有限的控制。
現(xiàn)代等離子體刻蝕機(jī)能產(chǎn)生高密度等離子體，具有產(chǎn)生等離子體的獨(dú)立射頻功率源和硅片加偏執(zhí)電壓、終點(diǎn)監(jiān)測、氣體壓力和流量控制，并集成對(duì)刻蝕參數(shù)進(jìn)行控制的軟件。
隨著國際上高端量產(chǎn)芯片從14nm到10nm階段向7nm、5nm甚至更小的方向發(fā)展，當(dāng)前市場普遍使用的沉浸式光刻機(jī)受光波長的限制，關(guān)鍵尺寸無法滿足要求，必須采用多重模板工藝，利用刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)更小的尺寸，使得刻蝕技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的重要性進(jìn)一步提升。
下圖展示10nm多重模板工藝原理，涉及多次刻蝕。
國內(nèi)刻蝕設(shè)備有望突破國際壟斷
在晶圓加工的薄膜沉積設(shè)備、光刻機(jī)、刻蝕機(jī)三類核心設(shè)備中，刻蝕機(jī)國產(chǎn)化率最高，而且比率逐年上升、速度最快。根據(jù)預(yù)計(jì)，到2020年，國內(nèi)刻蝕機(jī)國產(chǎn)率將達(dá)到20％。除了美國、日本以外，中國已經(jīng)逐漸成為世界第三大半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商，目前中國已經(jīng)有34家裝備供應(yīng)廠家，主要集中在北京、上海與沈陽等地。
刻蝕機(jī)是芯片制造及微觀加工的最重要設(shè)備之一，采用等離子體刻蝕技術(shù)，利用活性化學(xué)物質(zhì)在硅片上刻蝕微觀電路。7nm制程相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑萬分之一，是目前人類能夠在大生產(chǎn)線上制造出的最小集成電路布線間距，這接近了微觀加工極限。盡管我國半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)和國際龍頭仍有差距，但是我們可以看到國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)無論從環(huán)境、下游需求拉動(dòng)還是研發(fā)實(shí)力都有質(zhì)的飛躍。
相比光刻機(jī)領(lǐng)域，中國在半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備領(lǐng)域的水平還是很不錯(cuò)的，至少在技術(shù)方面，已經(jīng)接近甚至達(dá)到國際領(lǐng)先的水平。未來，在存儲(chǔ)器國產(chǎn)化大背景和國家大基金二期的加持下，國產(chǎn)刻蝕領(lǐng)域?qū)⒋笥凶鳛椤?jù)業(yè)內(nèi)相關(guān)人士預(yù)計(jì)，未來在刻蝕機(jī)領(lǐng)域國產(chǎn)率將達(dá)50％，MOCVD領(lǐng)域未來將達(dá)70％國產(chǎn)率。因此，國內(nèi)刻蝕設(shè)備供應(yīng)商有望突破國際壟斷。