芯片制造：光刻机和刻蚀机的“江湖”

目前，全球范围内地缘政治、产能结构性紧缺等因素极大地影响了半导体产业的发展。根据 Gartner的数据，全球芯片制造商 2022 年的资本支出预计合计将达到1460亿美元，比疫情之前的水平高出约50%。

半导体设备零部件作为各种半导体设备的组成部分，供应链安全越来越成为各大设备厂商所重视的关键。从结构上看，设备零部件可以简单分为七类，在气体输送、机械运动、电气信号控制、晶圆传输、维持设备整体结构稳定等诸多方面起到重要作用，实现高精度制造与高产率产出，为设备的稳定运行和安全可靠提供保障。

光刻机必不可少

光刻是将设计好的电路图从掩膜版转印到晶圆表面的光刻胶上，通过曝光、显影将目标图形印刻到特定材料上的技术，可以简单理解为画图过程，是晶圆制造中最重要的技术。

光刻工艺包括三个核心流程：涂胶、对准和曝光以及光刻胶显影，整个过程涉及光刻机，涂胶显影机、量测设备以及清洗设备等多种核心设备，其中价值量最大且技术壁垒最高的部分就是光刻机。

经过多年发展，光刻机已经演化出五代产品，由光源波长进行区分可以分为可见光（g-line），紫外光（i-line），深紫外光（KrF、ArF）以及极紫外（EUV）几大类，从工作类型又可以分为接触式、扫描式、步进式、浸没式等方式。不同类型的光刻机主要是为了满足日益提升的制程需求，当前最先进的 3nm 制程只能通过 EUV 光刻机才能实现。

复杂程度高，多厂商合作才能组成光刻机。全世界没有任何一家公司可以独立制造光刻机，其生产技术要求极高，可以分为十一个主要部件，包含超过十万个零件，涉及上下游多家应商，具有极强的生态属性。

光刻机的主要部件有工件台、激光源、光束矫正器、能量控制器、光束形状设置、遮光器、能量探测器、掩模台、物镜、封闭框架与减震器。

目前全球光刻机市场几乎由ASML、尼康和佳能三家厂商垄断，其中又以 ASML 一家独大。由于光刻机需要超十万个零部件，在各大晶圆厂不断扩产的背景下，光刻机的交货时间一再推迟，EUV光刻机的交期已经推迟到 24 个月以后。

从销量来看，2021 年 ASML 占比 65%，出货量达到 309 台，力压尼康和佳能，其中 EUV/ArFi/ArF 高端光刻机占比分别为100%/95.3%/88%。从销额来看，EUV光刻机单价超过1亿欧元，最新一代 0.55NA大数值孔径 EUV 光刻机单价甚至超过 4 亿欧元，全球仅有ASML可提供，使其占据市场绝对龙头地位，2021 年市场份额达到 85.8%

国内具备光刻机生产能力的企业主要是上海微电子装备有限公司，主要致力于半导体装备、泛半导体装备、高端智能装备的开发、设计、制造、销售及技术服务。公司设备广泛应用于集成电路前道、先进封装、FPD 面板、MEMS、LED、Power Devices 等制造领域。

目前上海微电子装备有限公司的光刻机产品有 SSX600 和 SSB500 两个系列，其中 SSX600 系列主要应用于 IC 前道光刻工艺，可满足 IC 前道制造 90nm、110nm、280nm 关键层和非关键层的光刻工艺需求；SSB500 系列光刻机主要应用于 IC 后道先进封装工艺。

刻蚀机雕刻“芯片大厦”

作为半导体制造过程中三大核心工艺之一，刻蚀可以简单理解为用化学或物理化学方法有选择地在硅片表面去除不需要的材料的过程，可以分为干法刻蚀和湿法刻蚀，目前市场主流的刻蚀方法均为干法刻蚀，可将其分为 CCP刻蚀和 ICP刻蚀。

CCP刻蚀主要是以高能离子在较硬的介质材料上，刻蚀高深宽比的深孔、沟槽等微观结构；而 ICP刻蚀主要是以较低的离子能量和极均匀的离子浓度刻蚀较软的或较薄的材料。

三星宣布将成为全球首家采用GAA 工艺进行 3nm 制程的生产，相较于FinFET工艺，GAA 被誉为突破 3nm 制程的有力手段。每一代芯片新技术的突破，晶体管体积都会不断缩小，同时性能不断提升。

从平面 MOSFET 结构到 FinFET 晶体管架构，再到后面的 GAA 结构甚至MBCFET 结构，晶体管的复杂度不断提升，对刻蚀和薄膜沉积等核心技术提出了更高的要求。

随着芯片制程的提升，受到光刻机波长的限制，往往需要采用多次曝光，才能得到要求的线宽，实现更小的尺寸。这对刻蚀速率、各向异性、刻蚀偏差、选择比、深宽比、均匀性、残留物、等离子体引起的敏感器件损伤、颗粒沾污等指标上对刻蚀设备都提出了更高的要求。

我国因无法购买EUV光刻机而无法进行更先进制程的产线建设，如果想要用28nm产线生产14nm线宽的芯片，只能通过多次刻蚀才有可能实现，这使得对刻蚀的需求进一步提升。从全球范围来看，刻蚀设备主要由美国泛林半导体、日本东京电子以及美国应用材料三家占据领先地位，2020年三家市场份额合计占比近9成。

目前国内有中微公司和北方华创两家刻蚀设备供应商，从营收端来看，2020年和 2021年中微公司和北方华创刻蚀设备营收占国内总刻蚀市场规模的9.19%和10.48%左右，随着公司的订单逐步释放，国产化率有望明显提升。

中微公司半导体刻蚀设备主要包含CCP刻蚀设备、ICP刻蚀设备以及深硅刻蚀设备，在逻辑、存储等诸多领域具有广泛应用。在逻辑芯片制造环节，公司开发的12英寸高端刻蚀设备已运用在国内外知名客户 65nm到5nm制程的芯片生产线上；同时，公司根据客户需求，已开发出5nm及更先进刻蚀设备用于若干关键步骤的加工，并已获得行业领先客户的批量订单。

公司目前正在开发新一代刻蚀设备和包括大马士革在内的刻蚀工艺，能够涵盖5nm以下更多刻蚀需求。在3D NAND芯片制造环节，公司的 CCP刻蚀设备可应用于64层、128层及更高层数 NAND的量产，并且正在开发新一代能够涵盖 200 层以上极高深宽比的刻蚀设备和工艺。

此外，公司的 ICP刻蚀设备已经在多个逻辑芯片和存储芯片厂商的生产线上量产，正在进行下一代产品的技术研发，以满足 5nm以下的逻辑芯片、1X纳米的 DRAM芯片和 200 层以上的 3D NAND芯片等产品的刻蚀需求。