在半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)，薄膜沉積設(shè)備成晶圓制造的核心設(shè)備之一

光刻是在掩模中轉(zhuǎn)移幾何形狀圖案的過程，是覆蓋在表面的一層薄薄的輻射敏感材料(稱為抗輻射劑) ，也是一種半導(dǎo)體晶片。 圖5.1簡要說明了光刻用于集成電路制造的工藝。 如圖5.1(b)所示，輻射為通過口罩的透明部分傳播，使其暴露光刻膠不溶于顯影劑溶液，從而使之直接將掩模圖案轉(zhuǎn)移到晶圓上。

在定義模式之后，需要采用蝕刻工藝選擇性地去除屏蔽部分基本層。光刻曝光的性能由三個參數(shù)決定: 分辨率、注冊和吞吐量。 分辨率定義：半導(dǎo)體晶圓上的薄膜。 注冊是衡量其準(zhǔn)確性的一個指標(biāo)連續(xù)掩模上的模式可以對齊或疊加在同一晶圓片上先前定義的圖案。 吞吐量是數(shù)量每小時可以暴露在給定掩模水平下的晶圓。

光刻是平面型晶體管和集成電路生產(chǎn)中的一個主要工藝。是對半導(dǎo)體晶片表面的掩蔽物(如二氧化硅)進行開孔，以便進行雜質(zhì)的定域擴散的一種加工技術(shù)。一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕、檢測等工序。

硅片清洗烘干方法：濕法清洗+去離子水沖洗+脫水烘焙(熱板150～250C,1～2分鐘，氮氣保護)目的：a、除去表面的污染物(顆粒、有機物、工藝殘余、可動離子);b、除去水蒸氣，使基底表面由親水性變?yōu)樵魉?，增強表面的黏附?對光刻膠或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷)。

涂底方法：a、氣相成底膜的熱板涂底。HMDS蒸氣淀積，200～250C,30秒鐘;優(yōu)點：涂底均勻、避免顆粒污染;b、旋轉(zhuǎn)涂底。缺點：顆粒污染、涂底不均勻、HMDS用量大。目的：使表面具有疏水性，增強基底表面與光刻膠的黏附性

旋轉(zhuǎn)涂膠方法：a、靜態(tài)涂膠(Static)。硅片靜止時，滴膠、加速旋轉(zhuǎn)、甩膠、揮發(fā)溶劑(原光刻膠的溶劑約占65～85%,旋涂后約占10～20%);b、動態(tài)(Dynamic)。低速旋轉(zhuǎn)(500rpm_rotation per minute)、滴膠、加速旋轉(zhuǎn)(3000rpm)、甩膠、揮發(fā)溶劑。決定光刻膠涂膠厚度的關(guān)鍵參數(shù)：光刻膠的黏度(Viscosity)，黏度越低，光刻膠的厚度越薄;旋轉(zhuǎn)速度，速度越快，厚度越薄;影響光刻膠均勻性的參數(shù)：旋轉(zhuǎn)加速度，加速越快越均勻;與旋轉(zhuǎn)加速的時間點有關(guān)。一般旋涂光刻膠的厚度與曝光的光源波長有關(guān)(因為不同級別的曝光波長對應(yīng)不同的光刻膠種類和分辨率)：I-line最厚，約0.7～3μm;KrF的厚度約0.4～0.9μm;ArF的厚度約0.2～0.5μm。

眾所周知，芯片制造少不了各種設(shè)備，比如光刻機，刻蝕機、等離子注入機、清洗機等等，一條晶圓生產(chǎn)線，需要的設(shè)備上百種，設(shè)備采購成本占晶圓建設(shè)成本的60%+。而這些年，隨著中國芯片熱，大量企業(yè)造芯，而原有晶圓廠則在擴產(chǎn)，需要大量半導(dǎo)體設(shè)備。比如2021年，中國大陸就成全球最大半導(dǎo)體設(shè)備市場，所以半導(dǎo)體設(shè)備廠商在中國是賺得盆滿缽滿。數(shù)據(jù)顯示，2021年中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模高達(dá)296億美元，同比增長了58%，其中自給率僅為27.4%，也就是說約1500億元是從國外采購的。

而前五大半導(dǎo)體設(shè)備廠商分別是美國應(yīng)用材料AMAT、阿斯麥爾ASML、泛林半導(dǎo)體LAM、東京電子TEL、科磊半導(dǎo)體KLA。這5大廠商中，在2021年時，除了ASML外，另外4大廠商第一大買家均是中國大陸。如上圖所示，這是2021年前5大廠商的客戶來源地分布情況，可以看到應(yīng)用材料的營收中，33%是中國大陸貢獻(xiàn)的。而泛林半導(dǎo)體的營收中，中國大陸貢獻(xiàn)了35%。東京電子的營收中，中國大陸貢獻(xiàn)了28.5%;而科磊半導(dǎo)體的營收中，中國大陸貢獻(xiàn)了26%，這4大廠商，中國大陸都是最大買家。

至于ASML在2021年的營收中，中國大陸僅貢獻(xiàn)了14.7%，排在第3名，在中國臺灣、韓國之后。但是，在2022年一季度時，ASML的營收中，中國大陸已經(jīng)貢獻(xiàn)了34%，成ASML最大的客戶，之后是韓國，占比為29%，再是中國臺灣占比為22%。也就意味著全球前5大半導(dǎo)體設(shè)備廠商中，中國大陸都是最大買家了。這也說明中國大陸對前5大設(shè)備廠商的設(shè)備，有多依賴。這其實是一個比較嚴(yán)峻的問題，因為前5大半導(dǎo)體設(shè)備中，3家是美國的，1家是日本的，1家是荷蘭的，這5家廠商都聽美國的話，隨時都有可能不賣設(shè)備給你，而我們基于進口設(shè)備來解決芯片問題，真不能太樂觀，國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備必須崛起才行。

在半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)，目前國內(nèi)光刻工序的相關(guān)設(shè)備正在逐步完善中。

光刻工序是芯片制造中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的工藝步驟之一，主要包括涂膠、曝光、顯影三大步驟。即：先用涂膠機將光刻膠涂覆在晶圓表面，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(nèi)一家半導(dǎo)體專用設(shè)備生產(chǎn)廠商，其產(chǎn)品就包括光刻工序的涂膠顯影設(shè)備。芯源微的一位銷售人員向記者稱，該公司是國內(nèi)唯一一家生產(chǎn)半導(dǎo)體涂膠顯影設(shè)備的上市公司。

芯源微在3月10日發(fā)布的年報中表示，公司生產(chǎn)的涂膠顯影設(shè)備產(chǎn)品成功打破國外廠商壟斷并填補國內(nèi)空白，其中在集成電路前道晶圓加工環(huán)節(jié)已獲得了多個前道大客戶訂單及應(yīng)用，實現(xiàn)小批量替代。(注：集成電路制造前道主要包括晶圓加工環(huán)節(jié)，后道主要包括封裝環(huán)節(jié))。

薄膜沉積是半導(dǎo)體工藝三大核心步驟之一。薄膜沉積設(shè)備作為晶圓制造的核心設(shè)備之一，在晶圓制造環(huán)節(jié)設(shè)備投資占比僅次于光刻機，約占25%。根據(jù)SEMI 和Maximize Market Research 的統(tǒng)計，2020 年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模達(dá)到712 億美元，其中薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模約172 億美元。目前，薄膜沉積設(shè)備中CVD 類設(shè)備占比最高，2020 年合計占比64%;濺射PVD 類設(shè)備占整體市場的21%。

PECVD 是薄膜設(shè)備中占比最高的設(shè)備類型，占整體薄膜沉積設(shè)備市場的34%。

多因素驅(qū)動國產(chǎn)薄膜沉積設(shè)備需求：

a)。 國內(nèi)產(chǎn)線建設(shè)極大拉動國產(chǎn)設(shè)備需求。貿(mào)易摩擦背景下，半導(dǎo)體設(shè)備國產(chǎn)化訴求增強，長江存儲、上海積塔、中芯國際、華虹、士蘭微、合肥晶合等國內(nèi)晶圓廠在新增產(chǎn)能建設(shè)過程中積極導(dǎo)入國產(chǎn)設(shè)備，極大拉動國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備需求。

b)。 芯片工藝進步及結(jié)構(gòu)復(fù)雜化拉動高性能薄膜設(shè)備需求。以CVD 設(shè)備演進為例，過去主要為APCVD、LPCVD 設(shè)備，目前主流的PECVD 設(shè)備在相對較低的反應(yīng)溫度下形成高致密度、高性能薄膜，不破壞已有薄膜和已形成的底層電路，實現(xiàn)更快的薄膜沉積速度，未來HDPCVD、FCVD、ALD 應(yīng)用有望增加。

c)。 制程升級帶動薄膜沉積設(shè)備用量提升。以中芯國際為例，一條1 萬片產(chǎn)能的180nm 8 寸晶圓產(chǎn)線CVD 和PVD 設(shè)備用量平均約為9.9 臺和4.8 臺，而一條1萬片90nm 12 寸晶圓產(chǎn)線CVD 和PVD 設(shè)備用量分別可達(dá)42 臺和24 臺。

d)。 3D NAND 堆疊層數(shù)增加拉動薄膜沉積設(shè)備需求。存儲器領(lǐng)域制造工藝中，目前增加集成度的主要方法是增大三維立體堆疊的層數(shù)，疊堆層數(shù)從32/64 層向128/196 層發(fā)展，每層均需要經(jīng)過薄膜沉積工藝步驟，催生出更多設(shè)備需求。未來長江存儲196 層3D NAND 突破和產(chǎn)能建設(shè)有望拉動更多國產(chǎn)薄膜沉積設(shè)備需求。

薄膜沉積設(shè)備國產(chǎn)化率估計僅5.5%(按設(shè)備數(shù)量口徑)。近年來我國半導(dǎo)體設(shè)備國產(chǎn)化速度快速增長，但從整體看我國半導(dǎo)體行業(yè)制造仍需大量進口設(shè)備支持，國產(chǎn)化依然處于較低水平。我們統(tǒng)計了2020 年1 月1 日至2022 年2 月13 日國內(nèi)部分主要晶圓制造產(chǎn)線的薄膜沉積設(shè)備招標(biāo)情況，6 家廠商共招標(biāo)薄膜沉積設(shè)備1060 臺(僅PVD 和CVD 類設(shè)備)，國內(nèi)廠商中標(biāo)58 臺，其中拓荊科技中標(biāo)40 臺(主要為PECVD 設(shè)備)，國內(nèi)市占率為3.8%;北方華創(chuàng)中標(biāo)18 臺(主要為PVD 設(shè)備)，國內(nèi)市占率1.7%?？傮w來看，目前國內(nèi)薄膜沉積設(shè)備國產(chǎn)化率估計僅5.5%(按設(shè)備數(shù)量口徑)。

半導(dǎo)體設(shè)備市場火熱的背后，其實是各國想要贏下“芯片競賽”的強烈動機。芯謀研究高級分析師張彬磊向《中國電子報》記者表示，全球各國的芯片自主供應(yīng)意識都在提升。目前，美國、歐洲、韓國、中國、新加坡等芯片制造大國紛紛出臺了支持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，并且在芯片制造環(huán)節(jié)加大投入、積極擴產(chǎn)，全球由此進入了“芯片大戰(zhàn)”的熱戰(zhàn)期。

隨著各國芯片競賽的愈演愈烈，全球半導(dǎo)體設(shè)備廠商在營收和利潤方面有望繼續(xù)刷新歷史紀(jì)錄。張彬磊對《中國電子報》記者說道，預(yù)計2022年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場仍將呈現(xiàn)供不應(yīng)求的情況。半導(dǎo)體設(shè)備的交期普遍需要1～2年，在這段時間內(nèi)，全球半導(dǎo)體設(shè)備公司的業(yè)績還將提升。預(yù)計2022年全球半導(dǎo)體整體市場規(guī)模將達(dá)到1200億美元(2021年的市場規(guī)模約為1000億美元)，增長幅度將超過20%。

日本廠商獲利增幅位居前列

《中國電子報》記者了解到，在利潤飆升的這九家半導(dǎo)體設(shè)備廠商中，日本廠商獲得利潤的增幅最猛，獲利增幅位居前四位，在利潤增長率方面超過海外企業(yè)。

我國光刻機一項核心技術(shù)已實現(xiàn)重大突破，這一突破，有望在光刻機技術(shù)上打破荷蘭的壟斷!

目前國際上只有三家公司能夠生產(chǎn)步進掃描光刻設(shè)備，分別是荷蘭的ASML、日本的NIKON 和CANON公司。

此前《一網(wǎng)荷蘭》曾發(fā)文稱，光刻機設(shè)備供應(yīng)商ASML在舉行電話會議時，其總裁Peter Wennink在會議上明確表示：高端的極紫光(EUV)光刻機永遠(yuǎn)不可能被中國模仿，況且中國在知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域有良好的規(guī)定。

Wennink也解釋了為何不害怕中國會模仿光刻機。

光刻機構(gòu)成程序復(fù)雜，制造過程需要巨大的工程量。荷蘭ASML是系統(tǒng)的集成商，他們是將百家公司的技術(shù)整合在一起，進而組合成一個全新光刻機。

這種機器有80000多個零件，其中有90%的零件由供應(yīng)商提供，任何一方都不可能打造全部零件，通常需要各國合力打造。

Wennink表示，他們光刻機的制造集合了當(dāng)下世界上最先進的各種前沿技術(shù)。其中各種反光鏡以及其他光學(xué)部件來自于德國的蔡司，光源來自于美國的Cymer;計量設(shè)備來自于美國的世德科技;傳送帶來自于荷蘭的VDL，而這世界上沒有一個公司能夠模仿他們。

同時，ASML的機器裝有傳感器，一旦檢測到有異常情況發(fā)生，Veldhoven就會立刻響起警報。

Wennink其實說的特別直白：像高端的EUV光刻機，想要模仿是不可能的，就算你出高價去買，也不一定買得到。

現(xiàn)狀下，我國的芯片就面臨著被“卡脖子”，此前就出現(xiàn)過荷蘭ASML迫于美國壓力，扣留EUV設(shè)備出口到中國許可證的情況。

但現(xiàn)在，我國的光刻機技術(shù)也在逐步實現(xiàn)突破，一步步打破荷蘭的壟斷。

28nm國產(chǎn)光刻機千呼萬喚不揭蓋頭，與A股炙手可熱的國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備板塊反差強烈，也讓關(guān)注“芯片卡脖子”問題的國人多少有點郁悶。

不過，近日世界光刻機一哥ASML當(dāng)家人的一席話，似又在郁悶中透露出一絲光亮。ASML的CEO溫彼得(Peter Wennink)的原話較長，這里摘其大意：中國不太可能獨立復(fù)制出頂尖的光刻技術(shù)……但我的意思并不是絕對不可能……永遠(yuǎn)別那么絕對，他們肯定會嘗試的。

如果這話聽起來說了很多又什么也沒說，那么2021年4月溫彼得撂出的話就一點也不含糊：“出口管制將加快中國自主研發(fā)，15年時間里他們將做出所有東西……中國完全掌握供應(yīng)鏈之后，歐洲供應(yīng)商將徹底失去市場?！焙唵握f就是，中國的光刻機15年就能追上ASML，那時ASML只剩破產(chǎn)一條路。

目前，在EUV光刻技術(shù)這條賽道上擠滿了歐洲、美國、日本、韓國等對手，他們都是行動一致的同盟，后來者很難撞開這堵墻，即使撞開也得不償失。

EUV光刻技術(shù)是一個龐大的系統(tǒng)工程，光刻機是其中一個比較重要的環(huán)節(jié)，其它還包括光刻膠、掩膜、極高純度晶圓、相配套的超高純度化學(xué)清洗劑等等。如果把EUV光刻技術(shù)系統(tǒng)比作一個獨立的世界，這個世界之龐大微妙，和我們熟知的“漫威宇宙”有一拼。在EUV光刻技術(shù)世界里，從“滅霸”到“驚奇隊長”，甚至“路人甲”，都有自己的獨門秘籍，即專利布局。

而從EUV光刻技術(shù)專利布局上，可以看出我們和國外的顯著差距。

根據(jù)國家“02專項”服務(wù)團隊編撰的《集成電路產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)專利分析報告》(2018年出版)，在EUV光刻技術(shù)專利最早優(yōu)先權(quán)國家/地區(qū)的對比中，日本占比為45.5%，排第一位，美國占比為30.27%，排第二位，第三位為德國，占比13.5%，中國大陸地區(qū)占比為1.13%。由于專利最早優(yōu)先權(quán)國家/地區(qū)反映的是技術(shù)的來源地，因此上述數(shù)據(jù)表明，日本、美國和德國是EUV光刻技術(shù)最主要的技術(shù)產(chǎn)出國，三者合計占比達(dá)89.27%，基本上壟斷了當(dāng)前最先進的芯片制造技術(shù)領(lǐng)域(見下圖)。