1. 刻蝕設備：僅次於光刻機的半導體製造核心工藝 迎國產爆發機遇
半導體製造三大核心工藝之一的刻蝕設備，其價值量佔比達到了22%，僅次於光刻機，正迎市場增長和國產化雙機遇共振。刻蝕設備是集成電路製造過程中的關鍵設備，價值佔比達60%以上。國際最先進晶元產線需要百億美元投資，其中70%以上用於購買設備，刻蝕設備是重要性僅次於光刻機的設備。刻蝕設備結構解析、工作原理和市場格局、國產化機遇等關鍵點，值得深入探討。
刻蝕設備是集成電路製造過程中的重要一環，其功能是在晶圓表面去除不必要的材質。根據被刻蝕材料的不同，刻蝕可分為介質刻蝕、硅刻蝕、金屬刻蝕。根據產生等離子體方法的不同，分為電容性等離子體刻蝕（CCP）和電感性等離子體刻蝕（ICP）。其中CCP刻蝕主要是介質刻蝕，即高能離子在較硬的介質材料上刻蝕高深寬比的深孔、深溝等微觀結構。而ICP刻蝕主要是硅刻蝕和金屬刻蝕，即以較低的離子能量和極均勻的離子濃度刻蝕較軟的和較薄的材料。
在當下，邏輯晶元的不斷突破和先進工藝的刻蝕次數的提升，對刻蝕設備的數量和質量提出了更高的要求。更小的製程是集成電路研發生產的不懈追求，工藝越先進，晶體管柵極寬度納米數越小，晶元的性能也將隨之提升。當前國際上高端量產晶元從7nm向5nm、3nm甚至更小的尺寸發展，其核心工藝必須藉助刻蝕機的多次刻蝕來實現。據國際半導體產業協會測算，一片7nm集成電路所經歷刻蝕工藝140次，較28nm生產所需的40次增加2.5倍。此外，更多的步驟、更小的尺寸以及不同的材料對刻蝕機的數量、精度、重復性等都提出更高的要求。
對於中國大陸邏輯電路製造而言，先進製程的主流工藝是FinFET工藝，受制於部分設備能力，國內先進製程的發展目前還需要依賴多重曝光實現更小的尺寸，使得刻蝕技術及相關設備的需求數量和重要性進一步提升。除此之外基於金屬硬掩模的雙大馬士革等工藝也提高了刻蝕的難度，相應的刻蝕機製造的難度也隨之增加。在3DNAND存儲晶元堆疊層數不斷增長，涉及的刻蝕步驟繁多，對設備的性能及數量都提出需求。基於NAND快閃記憶體晶元的產品能夠快速處理數據，是當今存儲卡、USB、固態硬碟等數字數據存儲方式背後的核心元件。當下主流的3DNAND存儲是在垂直層面上增加存儲單元，從而倍數擴張晶圓上的單元數量，增大存儲容量。3DNAND的構建極大程度上依賴沉積和刻蝕工藝，無論是已經投入量產的64層和128層，還是正在研發中的超300層3DNAND，都是增加了堆疊的層數，這對刻蝕設備的深寬比提出了要求。此外在現有技術下，堆疊層數越高，重復工藝次數越多，溝道孔洞等非重復性節點單次操作耗時更長，導致部分加工節點對刻蝕設備的需求可隨堆疊層數的增加而同比例增長。3DNAND的技術發展將為刻蝕設備的需求帶來新的增長動力。
在新的自主可控背景下，國產設備在內資晶圓廠的滲透率正在快速提升，目前替代空間巨大。刻蝕設備市場格局高度集中，海外三大廠商寡頭壟斷，占據總市場份額的90%。不過，根據中國海關進口數據顯示，2017年以來，刻蝕機進口數量在2021年達到巔峰，2022年受到行業周期以及相關出口禁令的影響出現下滑，同時也反映了國產刻蝕設備逐漸滿足我國晶圓廠的生產需求，在出廠數量和技術水平上均有所提升。2023年下半年進口數量未見明顯增加但單機價格呈現翻倍的增長，機構判斷進口設備多集中在一些高技術壁壘高價值量的工藝環節。並且，已經有不少國產企業在技術、訂單方面有較為明顯的突破。例如，中微公司自主開發了極高深比刻蝕機，應用於3DNAND晶元製造環節，滿足更高深寬比的刻蝕設備正在研發中。北方華創則是國內ICP刻蝕設備龍頭，實現CCP刻蝕設備突破。屹唐股份作為進行刻蝕設備業務拓展的公司，面向全球經營的半導體設備公司，提供包括干法去膠設備、快速熱處理設備、干法刻蝕設備在內的集成電路製造設備及配套工藝解決方案。
整體而言，刻蝕設備市場空間巨大，技術升級和國產化趨勢明顯，隨著技術的不斷進步和市場的不斷增長，刻蝕設備行業前景廣闊。
2. 頂層工藝都有哪些
頂層工藝主要包括以下幾種：
1. 光刻工藝
光刻工藝是一種利用光學和化學方法製作集成電路的重要步驟。它通過掩模板和光線在矽片上形成圖案，以定義電子器件和電路的位置和形狀。這一工藝是半導體製造中的核心技術之一。隨著技術的不斷進步，光刻工藝也在不斷升級，以適應更小尺寸的集成電路製造需求。目前最先進的製程中，使用了極紫外光刻技術，大大提高了製造精度和效率。
2. 薄膜沉積技術
薄膜沉積技術用於在矽片上形成薄膜材料，是半導體製造工藝中的關鍵環節。常見的薄膜沉積技術包括物理氣相沉積、化學氣相沉積和原子層沉積等。這些技術能夠在矽片上形成所需的材料層，構建電路和元件結構，對於集成電路的功能性和性能起著決定性作用。隨著工藝技術的發展，薄膜的均勻性和純凈度得到了顯著提高。
3. 刻蝕技術
刻蝕技術主要用於去除矽片表面不需要的材料或形成特定的圖案結構。干刻蝕和濕刻蝕是兩種主要的刻蝕方法。干刻蝕利用氣體束流或等離子束對矽片進行精確切割，而濕刻蝕則使用化學溶液來去除材料。這些技術能夠在矽片上精細地製作微小結構和復雜的圖案。在頂層工藝中，刻蝕技術至關重要，是實現微型化和精細化的關鍵手段之一。
除了上述三種主要的頂層工藝外，還包括化學機械拋光、離子注入等工藝步驟。這些工藝共同構成了現代集成電路製造的復雜過程，每一步都對最終產品的性能和質量產生重要影響。隨著科技的不斷發展，這些頂層工藝也在不斷進化，以滿足更高性能的集成電路製造需求。