1. 刻蚀设备：仅次于光刻机的半导体制造核心工艺 迎国产爆发机遇
半导体制造三大核心工艺之一的刻蚀设备，其价值量占比达到了22%，仅次于光刻机，正迎市场增长和国产化双机遇共振。刻蚀设备是集成电路制造过程中的关键设备，价值占比达60%以上。国际最先进芯片产线需要百亿美元投资，其中70%以上用于购买设备，刻蚀设备是重要性仅次于光刻机的设备。刻蚀设备结构解析、工作原理和市场格局、国产化机遇等关键点，值得深入探讨。
刻蚀设备是集成电路制造过程中的重要一环，其功能是在晶圆表面去除不必要的材质。根据被刻蚀材料的不同，刻蚀可分为介质刻蚀、硅刻蚀、金属刻蚀。根据产生等离子体方法的不同，分为电容性等离子体刻蚀（CCP）和电感性等离子体刻蚀（ICP）。其中CCP刻蚀主要是介质刻蚀，即高能离子在较硬的介质材料上刻蚀高深宽比的深孔、深沟等微观结构。而ICP刻蚀主要是硅刻蚀和金属刻蚀，即以较低的离子能量和极均匀的离子浓度刻蚀较软的和较薄的材料。
在当下，逻辑芯片的不断突破和先进工艺的刻蚀次数的提升，对刻蚀设备的数量和质量提出了更高的要求。更小的制程是集成电路研发生产的不懈追求，工艺越先进，晶体管栅极宽度纳米数越小，芯片的性能也将随之提升。当前国际上高端量产芯片从7nm向5nm、3nm甚至更小的尺寸发展，其核心工艺必须借助刻蚀机的多次刻蚀来实现。据国际半导体产业协会测算，一片7nm集成电路所经历刻蚀工艺140次，较28nm生产所需的40次增加2.5倍。此外，更多的步骤、更小的尺寸以及不同的材料对刻蚀机的数量、精度、重复性等都提出更高的要求。
对于中国大陆逻辑电路制造而言，先进制程的主流工艺是FinFET工艺，受制于部分设备能力，国内先进制程的发展目前还需要依赖多重曝光实现更小的尺寸，使得刻蚀技术及相关设备的需求数量和重要性进一步提升。除此之外基于金属硬掩模的双大马士革等工艺也提高了刻蚀的难度，相应的刻蚀机制造的难度也随之增加。在3DNAND存储芯片堆叠层数不断增长，涉及的刻蚀步骤繁多，对设备的性能及数量都提出需求。基于NAND闪存芯片的产品能够快速处理数据，是当今存储卡、USB、固态硬盘等数字数据存储方式背后的核心元件。当下主流的3DNAND存储是在垂直层面上增加存储单元，从而倍数扩张晶圆上的单元数量，增大存储容量。3DNAND的构建极大程度上依赖沉积和刻蚀工艺，无论是已经投入量产的64层和128层，还是正在研发中的超300层3DNAND，都是增加了堆叠的层数，这对刻蚀设备的深宽比提出了要求。此外在现有技术下，堆叠层数越高，重复工艺次数越多，沟道孔洞等非重复性节点单次操作耗时更长，导致部分加工节点对刻蚀设备的需求可随堆叠层数的增加而同比例增长。3DNAND的技术发展将为刻蚀设备的需求带来新的增长动力。
在新的自主可控背景下，国产设备在内资晶圆厂的渗透率正在快速提升，目前替代空间巨大。刻蚀设备市场格局高度集中，海外三大厂商寡头垄断，占据总市场份额的90%。不过，根据中国海关进口数据显示，2017年以来，刻蚀机进口数量在2021年达到巅峰，2022年受到行业周期以及相关出口禁令的影响出现下滑，同时也反映了国产刻蚀设备逐渐满足我国晶圆厂的生产需求，在出厂数量和技术水平上均有所提升。2023年下半年进口数量未见明显增加但单机价格呈现翻倍的增长，机构判断进口设备多集中在一些高技术壁垒高价值量的工艺环节。并且，已经有不少国产企业在技术、订单方面有较为明显的突破。例如，中微公司自主开发了极高深比刻蚀机，应用于3DNAND芯片制造环节，满足更高深宽比的刻蚀设备正在研发中。北方华创则是国内ICP刻蚀设备龙头，实现CCP刻蚀设备突破。屹唐股份作为进行刻蚀设备业务拓展的公司，面向全球经营的半导体设备公司，提供包括干法去胶设备、快速热处理设备、干法刻蚀设备在内的集成电路制造设备及配套工艺解决方案。
整体而言，刻蚀设备市场空间巨大，技术升级和国产化趋势明显，随着技术的不断进步和市场的不断增长，刻蚀设备行业前景广阔。
2. 顶层工艺都有哪些
顶层工艺主要包括以下几种：
1. 光刻工艺
光刻工艺是一种利用光学和化学方法制作集成电路的重要步骤。它通过掩模板和光线在硅片上形成图案，以定义电子器件和电路的位置和形状。这一工艺是半导体制造中的核心技术之一。随着技术的不断进步，光刻工艺也在不断升级，以适应更小尺寸的集成电路制造需求。目前最先进的制程中，使用了极紫外光刻技术，大大提高了制造精度和效率。
2. 薄膜沉积技术
薄膜沉积技术用于在硅片上形成薄膜材料，是半导体制造工艺中的关键环节。常见的薄膜沉积技术包括物理气相沉积、化学气相沉积和原子层沉积等。这些技术能够在硅片上形成所需的材料层，构建电路和元件结构，对于集成电路的功能性和性能起着决定性作用。随着工艺技术的发展，薄膜的均匀性和纯净度得到了显着提高。
3. 刻蚀技术
刻蚀技术主要用于去除硅片表面不需要的材料或形成特定的图案结构。干刻蚀和湿刻蚀是两种主要的刻蚀方法。干刻蚀利用气体束流或等离子束对硅片进行精确切割，而湿刻蚀则使用化学溶液来去除材料。这些技术能够在硅片上精细地制作微小结构和复杂的图案。在顶层工艺中，刻蚀技术至关重要，是实现微型化和精细化的关键手段之一。
除了上述三种主要的顶层工艺外，还包括化学机械抛光、离子注入等工艺步骤。这些工艺共同构成了现代集成电路制造的复杂过程，每一步都对最终产品的性能和质量产生重要影响。随着科技的不断发展，这些顶层工艺也在不断进化，以满足更高性能的集成电路制造需求。