半導體蝕刻設備行業深度研究：國產刻蝕機未來可期

（報告出品方/作者：財通證券，張益敏）

1. 刻蝕是集成電路製造關鍵環節，複雜工藝構築行業壁壘

1.1. 刻蝕是雕刻晶元的精準手術刀

集成電路（integrated cirCuit）是採用多種工藝，把一個電路中所需的晶體管、電 阻、電容和電感等元件及布線互連一起，製作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介 質基片上，然後封裝在一個管殼內，實現所需電路功能的微型結構。現代集成電 路按功能劃分，主要可以分為存儲器，處理器，邏輯 IC，模擬 IC 四大類。

完整的集成電路的製造過程通常分為前道晶圓製造（Front-End）與後道封裝（BackEnd）兩個部分。 傳統封裝（後道）測試工藝可以大致分為背面減薄、晶圓切割、貼片、引線鍵合、 模塑、電鍍、切筋成型和終測等 8 個主要步驟。與前道晶圓製造相比，後道封裝 相對簡單，對工藝環境、設備和材料的要求較低。前道晶圓製造的複雜程度要遠 超後道封裝，主要涉及光刻，刻蝕，薄膜沉積，顯影塗膠，清洗，摻雜氧化擴散， 量測等工藝。其中刻蝕與光刻及薄膜沉積一起，並列為晶圓製造最重要的三大工 藝之一。

集成電路的構造並非簡單的平面圖形，而是一層層構造疊加起的立體結構。其中， 刻蝕作為核心工藝之一的作用，是通過物理及化學的方法，在晶圓表面的襯底及 其他材料上，雕刻出集成電路所需的立體微觀結構，將前道掩模上的圖形轉移到 晶圓表面。在刻蝕新形成的結構上，可以進行2、SiN 介質薄膜沉積或金屬 Al， Cu，W 薄膜沉積，也可以進行多重曝光或下一刻蝕步驟，最終在各個層形成正確 圖形，並使得不同層級之間適當連通，形成完整的集成電路。

刻蝕設備的重要性不斷升高。這是由於光刻設備受到光源波長（DUV 的 193nm 或 EUV 的 13.5nm）的限制，解析度有一定極限；當晶體管微縮到一定尺寸之後，單 純依靠光刻機的精確度推進工藝進步已經非常困難。刻蝕步驟的設備，工藝，核 心零部件的行業壁壘很高。這主要是因為：（1）刻蝕作為圖形轉移的關鍵步驟， 其所需要雕刻出的結構形態各異；（2）刻蝕步驟需要在不同的材質表面進行，其 所涉及的工藝方法相差較大；（3）刻蝕作為主要步驟，佔用了大量工藝時間和廠 房空間，其生產效率和良率，對產線的效率影響很大；（4）刻蝕步驟需要射頻源， 氣路，電極，冷熱源，真空等多個子系統的精確流暢配合，這需要大量的工藝數 據積累。

集成電路 2D 存儲器件的線寬已接近物理極限。NAND 快閃記憶體已進入 3D 時代，目前 128 層 3D NAND 快閃記憶體已進入量產階段，196 層和 200 層以上的快閃記憶體晶元正逐步放 量。3D NAND 製造工藝中，增加集成度的方法不再是縮小單層的線寬，而是增加 堆疊的層數。邏輯與 DRAM 集成電路也已遇到物理因素限制，3D 化設計雛形開始 浮現。3D 化集成電路對刻蝕設備提出了更高的要求。

1.2. 刻蝕方法從濕法到干法的演變

80 年代以後，隨著集成電路製程的升級，及晶元結構尺寸的不斷縮小，濕法刻蝕 在線寬控制，刻蝕方向性方面的局限性漸漸顯現，並逐步被干法刻蝕取代。濕法 刻蝕目前多用於回刻蝕，特殊材料層的去除，殘留物的清洗。

1.2.1. 濕法刻蝕的技術應用

濕法刻蝕是較為原始的刻蝕技術，利用溶液與薄膜的化學反應去除薄膜未被保護 掩模覆蓋的部分，從而達到刻蝕的目的。其反應產物必須是氣體或可溶於刻蝕劑 的物質，否則會出現反應物沉澱的問題，影響刻蝕的正常進行。通常，使用濕法 刻蝕處理的材料包括硅，鋁和二氧化硅等。

1）硅的濕法刻蝕

一般採用強氧化劑對硅進行氧化，然後利用氫氟酸與二氧化硅反應，去除掉二氧 化硅，達到刻蝕硅的目的。最常用的刻蝕溶劑是硝酸與氫氟酸和水的混合液。此 外，也可以使用含 KOH 的溶液進行刻蝕。

2）二氧化硅的濕法刻蝕

二氧化硅的濕法刻蝕可以使用氫氟酸（HF）作為刻蝕劑，但是在反應過程中會不 斷消耗氫氟酸，從而導致反應速率逐漸降低。為了避免這種現象的發生，通常在 刻蝕溶液中加入氟化銨作為緩衝劑，形成的刻蝕溶液稱為 BHF。氟化銨通過分解 反應產生氫氟酸，維持氫氟酸的恆定濃度。

3）氮化硅的濕法刻蝕

氮化硅是一種化學性質比較穩定的材料，它在半導體製造中的作用，主要是作為 遮蓋層，以及完成主要流程後的保護層。濕法刻蝕大多用於整層氮化硅的去除， 對於小面積刻蝕，通常選擇干法刻蝕。

4）鋁的濕法刻蝕

集成電路中，大多數電極引線都由鋁或鋁合金製成。鋁刻蝕的方法很多，生產上 常用加熱的磷酸，硝酸，醋酸以及水的混合溶液。硝酸的作用主要是提高刻蝕速 率，醋酸用來提高刻蝕均勻性的。

1.2.2. 干法刻蝕技術的運用

隨著集成電路的發展，濕法刻蝕呈現出以下局限：不能運用 3 微米以下的圖形； 濕法刻蝕為各向同性，容易導致刻蝕圖形變形；液體化學品潛在的毒性和污染； 需要額外的沖洗和乾燥步驟等。

干法刻蝕技術的出現解決了濕法刻蝕面臨的難題。干法刻蝕使用氣體作為主要刻 蝕材料，不需要液體化學品沖洗。干法刻蝕主要分為等離子刻蝕，離子濺射刻蝕， 反應離子刻蝕三種，運用在不同的工藝步驟中。 1） 等離子體刻蝕是將刻蝕氣體電離，產生帶電離子，分子，電子以及化學活性很 強的原子（分子）團，然後原子（分子）團會與待刻蝕材料反應，生成具有揮 發性的物質，並被真空設備抽氣排出。

根據產生等離子體方法的不同，干法刻蝕主要分為電容性等離子體刻蝕和電感性 等離子體刻蝕。電容性等離子體刻蝕主要處理較硬的介質材料，刻蝕高深寬比的 通孔，接觸孔，溝道等微觀結構。電感性等離子體刻蝕，主要處理較軟和較薄的 材料。這兩種刻蝕設備涵蓋了主要的刻蝕應用。

2） 反應離子刻蝕（Reactive Ion Etching RIE）通過活性離子對襯底進行物理 轟擊，同時進行化學反應。它綜合濺射刻蝕和等離子刻蝕，同時兼有各向異性 和選擇性好的優點。先用離子轟擊將刻蝕材料表面，將原子鍵破壞使化學反應 增強，再將沉積於被刻蝕物表面的產物打掉。

3） 離子束濺射刻蝕又稱離子束刻蝕或離子銑。與主要依賴化學反應的等離子體 刻蝕系統不同，離子束刻蝕是一個物理工藝。晶圓在真空反應室內被置於固定器上，向反應室導入氬氣流；氬氣受到從一對陰陽極來的高能電子束流的影 響，氬原子被離子化，變為帶正電荷的高能狀態，被吸向固定器。當氬原子向 晶圓固定器移動時，它們會加速衝擊暴露的晶圓層，並將晶圓表面轟擊掉一小 部分。

1.3. 硅、金屬、介質，CCP 與 ICP，多種刻蝕工藝互相配合

金屬刻蝕主要用於金屬互連線鋁合金刻蝕，製作鎢塞；介質刻蝕主要用於製作接 觸孔，通孔，凹槽；硅刻蝕主要用於製作柵極和器件隔離溝槽。介質刻蝕一般為 電容耦合等離子體刻蝕機；硅，金屬刻蝕一般為電感耦合等離子體刻蝕機。

1.3.1. CCP 刻蝕與 ICP 刻蝕的區別

1）電容耦合等離子體(Capacitively Coupled plasma)刻蝕

電容耦合等離子體刻蝕（CCP）是通過匹配器和隔直電容把射頻電壓加到兩塊平行 平板電極上進行放電而生成的，兩個電極和等離子體構成一個等效電容器。這種 放電是靠歐姆加熱和鞘層加熱機制來維持的。由於射頻電壓的引入，將在兩電極 附近形成一個電容性鞘層，而且鞘層的邊界是快速振蕩的。當電子運動到鞘層邊 界時，將被這種快速移動的鞘層反射而獲得能量。電容耦合等離子體刻蝕常用於 刻蝕電介質等化學鍵能較大的材料，刻蝕速率較慢。

2）電感耦合等離子體 ICP(Inductively Coupled Plasma)刻蝕

電感耦合等離子體刻蝕(ICP)的原理，是交流電流通過線圈產生誘導磁場，誘導磁 場產生誘導電場，反應腔中的電子在誘導電場中加速產生等離子體。通過這種方 式產生的離子化率高，但是離子團均一性差，常用於刻蝕硅，金屬等化學鍵能較 小的材料。電感耦合等離子體刻蝕設備可以做到電場在水平和垂直方向上的獨立 控制，可以做到真正意義上的 De-couple，獨立控制 plasma 密度以及轟擊能量。

1.3.2. 單晶硅刻蝕

單晶硅刻蝕用於形成淺溝槽（STI），電容器的深溝槽。單晶硅刻蝕包括兩個工藝 過程:突破過程和主刻蝕過程，突破過程使用 SiF4 和 NF 氣體，通過強離子轟擊和 氟元素化學作用移除單晶硅表面的氧化層；主刻蝕則一般採用溴化氫（HBr） 為 主要刻蝕劑，溴化氫在等離子體中分解釋放溴元素自由基,這些自由基和硅反應形 成具有揮發性的四溴化硅（SiBr4）。單晶硅刻蝕通常採用電感耦合等離子體刻蝕 的刻蝕機。

1.3.3. 多晶硅刻蝕

多晶硅刻蝕是最重要的刻蝕工藝之一,因為它決定了晶體管的柵極，而對柵極尺寸 的控制很大程度上決定了集成電路的性能。多晶硅的刻蝕要有很好的選擇比。通 常選用鹵素氣體，氯氣可實現各向異性刻蝕並且有很好的選擇比（可達到 10:1）； 溴基氣體可得到 100:1 的選擇比；HBr 與氯氣，氧氣的混合氣體，則可以提高刻 蝕速率。而且鹵素氣體與硅的反應產物沉積在側牆上，可起到保護作用。多晶硅 刻蝕通常採用電感耦合等離子體刻蝕的刻蝕機。

1.3.4. 金屬刻蝕

金屬刻蝕主要是互連線及多層金屬布線的刻蝕，刻蝕的要求是：高刻蝕速率（大 於 1000nm/min）；高選擇比，對掩蓋層大於 4:1，對層間介質大於 20:1；高的刻蝕 均勻性；關鍵尺寸控制好；無等離子體損傷；殘留污染物少；不會腐蝕金屬等。 金屬刻蝕通常採用電感耦合等離子體刻蝕的刻蝕機。

1） 鋁的刻蝕

鋁是半導體製備中最主要的導線材料，具有電阻低，易於沉積和刻蝕的優點。刻 蝕鋁，是利用氯化物氣體所產生的等離子體完成的。鋁和氯反應產生具有揮發性 的三氯化鋁（AlCl3），隨著腔內氣體被抽干。一般情況下，鋁的刻蝕溫度比室溫 稍高（例如 70℃），AlCl3 的揮發性更佳，可以減少殘留物。除了氯氣外，鋁刻蝕 常將鹵化物加入，如 SiCl4，BCl3，BBr3，CCl4，CHF3 等，主要是為了去除鋁表 面的氧化層，保證刻蝕的正常進行。

2） 鎢的刻蝕

在多層金屬結構中，鎢是用於孔填充的主要金屬，其他的還有鈦，鉬等。可以用 氟基或氯基氣體來刻蝕金屬鎢，但是氟基氣體（SiF6，CF4）對氧化硅的選擇比較 差，而氯基氣體（CCl4）則有好的選擇比。通常在反應氣體中加入氮氣來獲得高 的刻蝕膠選擇比，加入氧氣來減少碳的沉積。用氯基氣體刻蝕鎢可實現各向異性 刻蝕和高選擇比。干法刻蝕鎢使用的氣體主要是 SF6，Ar 及 O2，其中，SF6 在等 離子體中可被分解，以提供氟原子和鎢進行化學反應產生氟化物。

3） 氮化鈦刻蝕

氮化鈦硬掩膜取代傳統的氮化硅或氧化層掩膜，用於雙大馬士革刻蝕工藝。傳統 掩膜和低 k 介電層之間的選擇比不高，會導致在刻蝕完成後出現低 k 介電層頂部 圓弧狀輪廓以及溝槽寬度擴大，沉積形成的金屬線之間的間距過小，容易發生橋 接漏電或直接擊穿。氮化鈦刻蝕通常運用於硬掩膜開孔的過程中，主要反應產物 為 TiCl4。

1.3.5. 介質刻蝕

介質刻蝕以二氧化硅，氮化硅等電介質為主要刻蝕對象,被廣泛應用在晶元製造中。 電介質刻蝕主要用於形成接觸孔和通道孔，用以連接不同的電路層級。此外，介 質刻蝕覆蓋的工藝步驟還有硬式遮蔽層刻蝕和焊接墊刻蝕（部分）。介質刻蝕通常 採用電容耦合等離子體刻蝕原理的刻蝕機。

1）二氧化硅膜的等離子刻蝕

二氧化硅膜的刻蝕通常採用含有氟化碳的刻蝕氣體，如 CF4，CHF3，C2F6，SF6 和 C3F8 等。刻蝕氣體中所含的碳可以與氧化層中的氧產生副產物 CO 及 CO2，從而去 除氧化層中的氧。CF4 是最常用的刻蝕氣體，當 CF4 與高能量電子碰撞時，就會 產生各種離子，原子團，原子和遊離基。氟遊離基可以與 SiO2 和 Si 發生化學反 應，生成具有揮發性的四氟化硅（SiF4）。

2） 氮化硅膜的等離子刻蝕

氮化硅膜的刻蝕可以使用 CF4 或 CF4 混合氣體（加 O2，SF6 和 NF3）進行等離子 體刻蝕。針對 Si3N4 膜，使用 CF4—O2 等離子體或其他含有 F 原子的氣體等離子 體進行刻蝕時，對氮化硅的刻蝕速率可達到 1200Å/min，刻蝕選擇比可高達 20:1， 主要產物為具有揮發性，方便被抽走的四氟化硅（SiF4）。

1.4. 刻蝕工藝指標複雜，難度大行業壁壘高

刻蝕是光刻之外最重要的集成電路製造步驟，存在多項關鍵工藝指標，對晶元良 品率和產能影響很大。刻蝕設備想要達成相關的工藝指標，則需要長期的實驗和 跑片來積累經驗和 knowhow，並不斷調試設備各個子系統的相應參數設置。因此， 刻蝕設備行業存在較高的壁壘。 1） 刻蝕速率即在刻蝕過程中去除矽片表面材料的速度，實際生產中為了提高產 量，需要提高刻蝕速率。在採用單片工藝的設備中，它是一個非常重要的參數。 2） 刻蝕剖面指的是被刻蝕圖形的側壁形狀，有兩種基本的刻蝕剖面，分別是各向 同性和各向異性。各向同性的刻蝕剖面是在所有方向上（橫向和縱向）以相同 的刻蝕速率進行刻蝕。3） 刻蝕偏差 刻蝕偏差是指刻蝕之後線寬或關鍵尺寸的變化。

4） 選擇比 選擇比指在同一刻蝕條件下兩種不同材料刻蝕速率快慢之比，具有高 選擇比的刻蝕工藝不會刻蝕其下一層的材料，並且也不會刻蝕起保護作用的 光刻膠。在最先進的工藝中，為了確保關鍵尺寸和剖面結構，高選擇比是必要 的。尺寸越小，對選擇比的要求就越高。如下圖，SiO2 為想要刻蝕物質，光 刻膠為避免刻蝕物質，高選擇比意味著刻蝕盡量多的 SiO2，以及盡量少的光 刻膠。

5） 均勻性是衡量刻蝕工藝在單個矽片上，或不同矽片間刻蝕能力的參數。均勻性 與選擇比有著密切的關係，因為非均勻性刻蝕會產生額外的過刻蝕。刻蝕速率 在小窗口圖形中較慢，甚至在具有高深寬比的小尺寸圖形上，刻蝕會完全停 止，這一現象被稱為深寬比相關刻蝕（ARDE），也被稱為微負載效應。為了提 高均勻性，必須把矽片表面的 ARDE 效應減至最小。

其他指標 殘留物，聚合物，等離子體誘導損傷以及顆粒沾污，反應腔開機時間等 等，也是實際生產中刻蝕設備需要滿足的關鍵技術參數。

2. 擴產疊加技術迭代，刻蝕設備銷量份額雙攀升

2.1. 全球擴產拉動設備需求,刻蝕設備市場將達 242 億美元

集成電路製造所需要半導體設備種類繁多，刻蝕機是核心設備之一。 2020 年起，受疫情導致電子產品需求增加，新能源車滲透率提升，恐慌性囤貨等 事件的影響，全球半導體市場步入景氣周期。據 IC Insights 統計 2020-2022 年 年全球半導體市場規模，預計將從 4926 億美元增長到 6548 億美元。受半導體產 品需求激增的驅動，晶圓廠積極擴充產能，2020 年到 2022 年的資本開支依次為 1131 億美元，1531 億美元，1854 億美元（預估）。設備採購支出佔據晶圓廠資本 開支的絕大多數。旺盛的下游需求，大幅拉升了刻蝕設備等半導體設備的市場規 模。

2.2. 5nm 邏輯晶元製造刻蝕步驟攀升至 160 次

在摩爾定律的推動下，晶體管集成度大幅提高，對應的集成電路線寬不斷縮小， 這直接導致集成電路製造工序愈為複雜。根據 SEMI 統計，20 納米工藝所需工序 約為 1,000 道，而 10 納米工藝和 7 納米工藝所需工序已超過 1,400 道。尤其當線 寬向 10，7，5 納米甚至更小的方向升級，需要採用多重模板工藝，重複多次薄膜 沉積和刻蝕工序以實現更小的線寬，這使得刻蝕次數顯著增加。據 SEMI 統計，20 納米工藝需要的刻蝕步驟約為 50 次，而 10 納米工藝和 7 納米工藝所需刻蝕步驟 則超過 100 次。邏輯製程中的刻蝕步驟數量的大幅增加，意味著刻蝕設備的市場 需求數量持續增長。

在邏輯電路的前段工藝（FEOL）中，涉及的刻蝕步驟包括隔離槽刻蝕，側牆刻蝕， 多晶硅柵極刻蝕等；在後段工藝（BEOL）中，則主要涉及通孔刻蝕，溝槽刻蝕， 金屬線刻蝕等工藝。邏輯晶元涉及多種材料的刻蝕，其中：單晶硅刻蝕用於形成 淺溝槽隔離，多晶硅刻蝕用於柵極和局部連線，介質刻蝕主要用於接觸孔刻蝕， 通孔刻蝕，溝槽刻蝕，側牆刻蝕。

多晶硅柵極製造是集成電路生產的核心步驟，對刻蝕要求高，因此要求設備具有 高選擇比，高各向異性，高控制精度的特性。此外，由於多晶硅柵，淺槽隔離等 尺寸極小，故精度要求極高，選擇比要達到 150：1 左右。同時小尺寸帶來深寬比 增大，硅刻蝕在 14nm 以下的深寬比會達到約 30:1 及以上，刻蝕難度加大。

新型 FinFET 架構的採用，也提升了刻蝕的重要性。FinFET 稱為鰭式場效應晶體 管，在該結構中，閘極設計成類似魚鰭的叉狀 3D 結構。其相對於平面結構具有眾 多優勢：（1）更好的溝道控制能力；（2）更低的漏電流；（3）更低的閾值電壓； （4）大幅縮減閘長。

在 2D 構造 MOSFET 中，「閘極長度」大約 10nm，是左右構造中最細小，最難製作 的。當閘極長度縮小到 20nm 以下時，會產生「短溝道效應」：源極和漏極的距離 過近，閘極下方的氧化層愈來愈薄，電子可能發生「漏電」現象。FinFET 結構取 代老式的 MOSFET 後，憑藉自身優異特性成功解決了這一問題，自 2013 年起，逐 步成為市場主流。

FinFET 結構的刻蝕步驟和難度相比傳統結構都有所增加。對於 FinFET 上部互連 層製造，隨著電路密度加大，互連結構日益複雜，增加了刻蝕步驟；同時複雜的 互連層帶來的損耗逐漸增多，也刻蝕設備的工藝良率提出了更高的要求。

多重圖形和多重曝光的重複次數一般為 2-4 次，以最基礎的雙重曝光和雙重圖形 為例進行說明： 雙重曝光技術（LELE）是在同一晶圓上，依照順序，依次進行光刻-刻蝕-光刻-刻 蝕工藝，使得圖形密度提高一倍。其主要步驟為：光刻 1：將第一層圖形暴露在掩 膜版上。刻蝕 1：將第一層圖形刻蝕到掩膜版上。光刻 2：曝光第二層圖形,加倍 圖案密度。蝕刻 2：將最終的雙密度圖案刻在矽片上。原來一層光刻圖形被拆分到 兩個或多個掩膜上，實現了圖像密度的疊加。 自對準多重圖形化(SADP)是一種替代傳統 LELE 方法的雙重圖形化工藝。通過側 牆自對準工藝的雙重圖形化技術方案：即通過一次光刻和刻蝕工藝形成軸心圖形， 然後在側壁通過原子層澱積和刻蝕工藝形成側牆圖形，去除軸心層（即犧牲層）， 形成了圖形尺寸減半的側牆硬掩模圖形。

SADP 技術增加了刻蝕次數和刻蝕難度，推動了刻蝕設備的發展。一方面，由於 SADP 過程涉及多層掩模的刻蝕，因此需要匹配多條刻蝕產線，增加了刻蝕次數。另一 方面，該技術的主要難度在於：（1）選擇比問題：重複次數增加的 SADP 技術會需 要更多層側牆和掩模，使得刻蝕的工藝更加複雜；為保證圖形轉移的準確性，對 於不同的層級物質，間隔物，下層材料等，刻蝕選擇比方面也具有更高的要求（2） 側牆形貌的控制：側牆形貌是圖形轉移的關鍵掩模，刻蝕難度也隨側牆層數的增 多而增大。

2.3. 存儲器製造對刻蝕設備依賴加深

集成電路的發展除了不斷縮小線寬外，其器件結構也趨於複雜，逐步向多層化發 展。例如內存 DRAM 主要朝縮小尺寸進展，並引入凹柵，埋入式字線等 3D 結構。 而 NAND 快閃記憶體已全面進入 3D 時代，通過增大堆疊的層數，3D NAND 的層級也從 64 層，128 層，向 192 層及 200 層以上發展。

2.3.1. DRAM 結構微縮與多層化並舉

DRAM 存儲器的存儲單元核心結構，可分為深槽電容和晶體管兩個部分。DRAM 晶體 管的微縮進展大部分與邏輯製程類似，對於自對準多重圖形和多重曝光依賴逐步 加深，需要更多更先進的刻蝕機設備；而電容槽的刻蝕則是 DRAM 迭代過程中的主 要技術難點。按照電容槽位置的不同，DRAM 可分為溝槽式 DRAM 和堆疊式 DRAM。 1）溝槽式 DRAM：先在硅上刻蝕出電容溝槽，然後在溝槽中沉積出介電層以形成電 容，柵極在電容上方。這種構造的 DRAM 目前應用領域較少。 2）堆疊式 DRAM：存儲單元在柵極之上形成，主要用於製造獨立式的高密度 DRAM。 電容結構的刻蝕形成，主要依賴具備高深刻寬比功能的介質刻蝕機和單晶硅刻蝕 機。目前，絕大多數 DRAM 採用堆疊式結構。

電容槽刻蝕的精確度，直接關係到後續的電介質材料沉積工藝。隨著 DRAM 製程從 2Y 朝 1X,1Y,1Z 發展，每個 DRAM 單元所佔的寬度不斷縮小，其內部的電容槽深寬 比隨之不斷提高；高深寬比的電容槽刻蝕難度高，形成速率較慢，所需要的刻蝕 設備數量不斷上升。

除了微縮之外，DRAM 也採用了包括埋入式字線和凹柵在內的新技術，進一步縮小 單位存儲單元所佔體積，這對刻蝕設備提出了新的要求。埋入式字線和凹柵的主 要構造，分布在單晶硅襯底上；雕刻其所需的單晶硅刻蝕工藝，需要更好地控制 關鍵尺寸，深度和輪廓；也需要實現對單晶硅和 STI 位置氧化硅幾乎相同的蝕刻 率。

2.3.2. NAND 製造刻蝕設備開支遠超光刻

NAND 存儲器的主要向多層3D 化方向發展，這是由於電路線寬縮小到一定程度後， 漏電現象嚴重；對於非易失性存儲器 NAND 來講，這種漏電是不可接受的。3D NAND 的核心結構包括層與層之間的溝道通孔(channel hole)，接觸孔（contact hole）， 每層的台階（staircase），側面的狹縫（slit）等。隨著疊堆層數增多，以上微 觀結構的數量不斷上升，刻蝕所面臨的技術難度也不斷提高。相比於 DRAM 存儲 器，3D NAND 中涉及到的孔刻蝕工藝步驟數量更多，刻蝕難度更大，故需要大量 更先進的刻蝕設備。除此之外，3D NAND 中台階結構和狹縫結構的形成，也需要 大量的先進刻蝕設備。

3D NAND 對刻蝕設備的大量需求，使 NAND 存儲器擴產所需的資本開支中，刻蝕設 備的支出佔比明顯提高。據東京電子估計，刻蝕設備的開支佔比由 2D 存儲器中的 不到 15%，上升到 3D 存儲器中的大於 50%。我們預計隨著 3D NAND 朝 200 層以上 疊堆，刻蝕設備的資本開支佔比還會有所上升。

依據東京電子公司的統計，從 2015 年到 2019 年，隨著快閃記憶體結構逐步從 2D 過渡 3D，NAND 製造所需的刻蝕設備，佔全半導體產業所需刻蝕設備的比例不斷上升。 截至到 2019 年，NAND 製造所用的刻蝕設備規模，已超越 DRAM 和邏輯領域。隨著 3D NAND 的構造繼續朝著更高層級邁進，疊加全社會對海量數據存儲的需求，我 們預計 NAND 刻蝕設備佔全半導體製造行業刻蝕設備的比例，還將進一步上升。

3. 刻蝕設備零件種類複雜，美日歐掌控高價值部件

依據中微公司 2021 年年報公布的數據，刻蝕設備毛利率達到 44.32%，半導體設 備產品的成本中，直接材料占 88.38%；專註於刻蝕機的泛林集團最新一季毛利率 46%。綜合以上數據，取毛利率為 45%估計，可推算出全球刻蝕設備零部件市場規 模為 241.8（刻蝕設備銷售金額）*45%*88.38%，約為 96 億美元。

3.1. 刻蝕設備的主體結構

主流刻蝕設備的結構，可以分為主體和附屬設備兩大部分。其中刻蝕設備主體包 括 EFEM（設備前端），TM（傳輸模塊），PM（工藝模塊），三大模塊。EFEM 模塊主 要負責將晶圓從半導體廠內的各種搬運設備中（包括晶圓裝載車，搬運機器人， 天車），裝載到刻蝕設備中；TM 模塊主要負責晶圓在刻蝕設備內部的傳送；PM 是 實際對晶圓進行刻蝕處理，發生相關物理化學反應的模塊。附屬設備的功能則是 為以上三個模塊提供保障支持,布局相對獨立於機台主體。

隨著集成電路製造對單個刻蝕設備產能需求的提升，單個刻蝕機的反應腔數量呈 現出由少到多的趨勢。以東京電子的刻蝕機台變化為例，東京電子於 1990 年代首 次推出一個平台搭配多個反應腔的機台 Unity 系列，2000 年代推出全世界首種具 有平行腔室結構的機台 Telius，2010 年代則陸續推出具有 6 腔/8 腔的的 Tactras 機 台。而東京電子最新推出的 Episode 系列機台能掛載最多 12 個腔，大大提升了刻 蝕設備的空間利用效率，為晶圓廠預留出更多的擴產空間。

掛載多個刻蝕反應腔的刻蝕設備，對於晶圓廠的產能提升至關重要；因為單個機 台的腔室數量越多，單個腔室平均所佔的空間越少。晶圓廠凈化廠房的維護需要 大量成本，降低單個設備所佔空間，能有效提升單位面積凈化廠房的晶圓產能， 降低分攤到單個晶圓上的廠房折舊，維護成本。反應速率較慢，單位時間晶圓產出即 WPH（wafer per hour）較低的刻蝕設備（介質刻蝕設備為主），更傾向於采 用超多腔結構。然而 PM 腔室數量增多後，會對 EFEM 前端模塊，TM 運輸模塊 的裝載-運輸過程提出新的要求。

3.2. 前端模塊（EFEM）與傳輸模塊（TM）

刻蝕設備的前端模塊與傳輸模塊，共同組成了將晶圓從外部的各種搬運設備中（包 括晶圓裝載車，搬運機器人，天車）移送到工藝模塊中進行刻蝕處理的功能結構。 其中前端模塊主要包括晶圓裝載盒（casstte）晶圓校準器（aligner），大氣機械手 （ATM robot），晶圓裝載口（loadport），等四部分；傳輸模塊主要包括預抽真空傳 輸體（loadlock），傳輸平台本體和真空器械手三個主要組成部分。設備前端市場 主要被美國 Brooks、Genmark 、Kensington、日本 Rorze 佔據。

3.2.1. 晶舟（cassette）與前開式晶圓盒（foup）

晶圓製造涉及許多的程序和步驟，而晶圓則會因這些程序或步驟，需要置放於不 同的外部環境和設備中。因此在晶圓製造過程中，晶圓會不斷從一處運送至另一 處，有時甚至必須暫存一段時間，以配合必要的製造流程。在刻蝕設備的前端模 塊中，晶舟與前開式晶圓盒共同構成了晶圓暫存模塊,同時具備儲存及運送功能， 在晶圓在製造過程中扮演了非常重要的角色。 外部的前開式晶圓盒（foup）可以保護，運輸，存放 12 寸或 8 寸晶圓，防止晶圓 在搬運過程中受損，同時降低工藝步驟之間的暴露在外部環境中對晶圓的污染， 從而提高良率與產能。在使用過程中，晶圓盒通常會充入保護氣體。晶舟（cassette）， 又稱晶圓花籃，是晶圓盒中承載晶圓片的特製架狀載具。承載過程中，通常一片 一片地將晶圓放入架中，再把整個架子放到晶元盒內，這個架子被稱為晶舟 Cassette。

在包括刻蝕設備在內的半導體設備中，多數晶圓片在晶圓盒和晶舟中水平放置。 此外，晶圓盒和晶舟還需具備防靜電損害功能，其材質和設計同時具有耐磨損， 低污染，氣密性好，耐溫（部分高溫製程）等特性。通常情況下，晶圓盒和晶舟 的設計參數需要符合 SEMI 標準，以保證其能夠在不同廠商的設備中順利運輸。 但實際上，部分特殊設備使用專用晶舟，因此就要用倒片器將晶圓從通用的晶舟 轉移到專用的晶舟中，再移入到特殊設備當中。

3.2.2. 晶圓裝載埠（Loadport）

晶圓裝載埠是安裝在前端模塊中，負責接收晶圓搬運設備運送來的晶圓盒的機 械裝置。其主要功能包括裝載，卸載，固定晶圓盒；打開或關閉晶圓盒上的門。 晶圓裝載埠是晶圓進出前端模塊的通道，也是半導體設備與產線的交互埠， 對於實現晶圓廠的自動化運轉非常重要。晶圓裝載埠有適用卡塞規格，放置標 准，開啟方式，平台高度標準和通信協議等，皆需要滿足 SEMI 標準。同時晶圓裝 載埠通常具備 RFID 讀取功能，用以識別晶圓盒的批次和編號。和其他模塊類 似，晶圓裝載埠也需要具備高潔凈度的特性，防止晶圓受到外部環境污染。

3.2.3. 晶圓校準器(aligner)

隨著集成電路製程的推進，幾乎每種工藝前都需要進行晶圓定位和姿態調整。晶 圓校準器負責對晶圓進行預對準，是定位調整的重要步驟。晶圓校準器的對準時 間，對晶圓在前端模塊中的傳片速度有很大影響。

晶圓預對準的主要方法，主要是採用邊緣檢測感測器（激光感測器或圖像感測器） 配合轉檯計算晶圓的偏心位置，並定位晶圓邊的缺口,然後利用機械運動平台校正 晶圓位置,為下一步的晶圓傳輸做好準備。

3.2.4. 真空機械手與大氣機械手

大氣機械手為 EFEM 中的核心部件，負責大氣環境（EFEM，充氣的 lockport）中的 晶圓取放；真空機械手負責真空環境（反應腔，真空傳輸腔，抽真空的 lockport） 中的晶圓取放。真空和大氣機械手都需要具有防碰撞保護功能。此外，為防止晶 圓碎片或晶圓應力變形，真空機械手的精度，夾力，均衡性，穩定性也非常重要。

3.2.5. 預抽真空傳輸體(Loadlock)與傳輸平台主體

預抽真空傳輸體是大氣和真空的中轉腔室，用來隔絕反應室與外界大氣直接接觸， 以確保反應室內的潔凈，降低反應室受污染的概率。預抽真空傳輸體需要頻繁的 在大氣和真空狀態中進行切換， 前端模塊需要向預抽真空傳輸體取放晶圓時，需要充入氮氣，將腔內的氣壓調整 為大氣狀態，再開啟預抽真空傳輸體在前端模塊一側的傳輸閥門，進行晶圓取放； 當從傳輸腔（傳輸平台的一部分）向預抽真空傳輸體取放晶圓時，需要用真空泵 將預抽真空傳輸體中的氣體抽出，調整至真空狀態，然後開啟預抽真空傳輸體另 一側的傳輸閥，再進行晶圓取放。

晶圓在傳片系統中傳輸的具體步驟為：所有門均關閉→晶圓裝載埠打開晶圓盒 的門→大氣機械手從晶圓盒的晶舟中抓取晶圓→將晶圓放置在對準器上→校準晶 圓位置→LoadLockA 中充入氮氣→打開 LoadLockA 的門→大氣機械手將晶圓放入 LoadLockA 中→關閉 LoadLockA 的門→LoadLockA 抽真空→打開反應室的門→真 空機械手將晶圓放入反應室→反應發生→反應完畢後反應腔抽真空→打開傳輸腔 室的門→真空機械手將晶圓移至傳輸腔→關上反應腔的門→打開 LoadLockB 的門 →真空機械手將晶圓移至 LoadLockB→關閉 LoadLockB 的門→LoadLockB 充氮氣 →打開 LoadLockB 的門→大氣機械手將晶圓從 LoadLockB 中移出→關閉 LoadLockB 的門

3.3. 刻蝕設備的工藝模塊（PM）

工藝模塊是刻蝕設備的核心模塊，是實際發生刻蝕反應的組件。按照功能類別劃 分，刻蝕設備的工藝模塊主要可分為: 反應腔系統，射頻系統，靜電卡盤與電極系 統，真空壓力系統，氣路系統，終點檢測系統等幾個主要部分。

3.3.1. 反應腔系統

刻蝕設備的反應腔腔室，一般由經過精密加工的鋁金屬製成。由於腔室本身需要 在反應過程中，承受刻蝕反應複雜而劇烈的物理化學環境，故腔體需要採用多種 防腐蝕技術。通常情況下，反應腔腔體表面塗有緻密的塗層，以抵禦離子衝擊和 高化學活性的氣體腐蝕。常見的塗層有氧化釔和氧化鋁，進行過特種塗層處理的 腔室鋁零部件被稱為 coating 件。腔室中比較重要的塗層零部件包括內襯，內門， 調整支架等，目前國內有較大比例依賴進口。日本 KOGA，中國台灣京鼎精密， 美國超科林公司為腔體加工件的主要海外進口來源。

3.3.2. 射頻系統

射頻系統通常由射頻電源（RF Generator）和匹配器（RF Match）兩部分組成， 是刻蝕設備的核心系統之一，目前該領域市場主要被美國優儀半導體（AE），萬機 儀器（MKS），及康姆艾德等公司佔據。射頻電源是可以產生固定頻率的正弦波電 壓，且具有較大功率的電源。刻蝕氣體(主要是 CF4)通過氣路系統通入反應腔室 後,被射頻電源產生的高頻率電場(通常為 13.56MHz)電離從而產生輝光放電，完 成從氣體分子到離子的轉變，形成等離子體(Plasma)，提高氣體反應活性。射頻 電源直接關係到反應腔體中的等離子濃度，均勻度以及穩定度。在大部分刻蝕設 備中，射頻電源會和 DC 電源配合使用，以分別控制離子的密度和能量大小。由於 電場的加速效應，離子通常以物理和化學兩種形式對晶圓進行刻蝕。此外，射頻 系統同時也是薄膜沉積設備，去膠機，離子注入機以及清洗設備的重要組成部分。

刻蝕設備常用的射頻系統配置組合為固定頻率射頻電源和可調的匹配器。在刻蝕 工藝發生的過程中，匹配器會自主調節內部的可調電容，使電源本身的輸出阻抗 和反應負載阻抗相互匹配，以達到射頻電源的滿功率輸出。在理想的匹配狀態中， 使所有射頻信號均能傳到負載位置，並減少其能量的反射功率。當負載阻抗和射 頻電源輸出的阻抗沒有處於匹配狀態時，少部分輸入信號會在負載端反射回射頻 源，射頻電源的輸出功率並沒有被完全使用，這降低了刻蝕反應發生的效率。

3.3.3. 靜電卡盤與電極系統

隨著集成電路製造技術的不斷發展，各大半導體設備廠商都逐步拋棄了機械式卡 盤和真空卡盤，轉而採用靜電卡盤技術。比起傳統卡盤，靜電卡盤通常由氮化鋁 或氧化鋁製成。靜電卡盤對晶圓片夾持的力度均勻性強，減少了對晶圓邊緣部分 的磨損。

靜電卡盤背部有氦（He）冷卻通道。靜電卡盤下方的冷泵驅動冷卻通道中的氦冷 卻液，配合屬於附屬設備的冷卻機，對晶圓進行溫度控制，避免反應腔過熱損壞。 新型的靜電卡盤普遍採用多區散熱控溫技術，保證在晶圓在刻蝕過程中的溫度均 勻穩定，減少溫度對刻蝕速率均勻性的影響。冷泵的主要生產商為日本住友。

3.3.4. 真空壓力系統

刻蝕設備反應腔在反應過程中，需要處於高度真空狀態，工作壓力一般在 1/100 托與 1/1000 托之間。真空壓力系統負責維持這種高度真空環境，主要由干泵，分 子泵，真空規，真空閥等組成。

干泵抽真空，通常能達到 100 毫托的真空度，分子泵則能達到 0.1 毫托的真空度。 兩種泵通常組合使用，干泵負責初步將腔體抽真空，而分子泵負責將腔體抽到高 度真空的狀態。部分刻蝕工藝，如原子層刻蝕，需要在較短時間內，依次循環通 入多種刻蝕氣體進行反應。這就對分子泵抽真空的速度提出很高的要求。新型分 子泵的抽速也從 300－2200L/秒發展到 1600-2500L/秒。干泵和分子泵的市場主要 由英國 Edwards,德國 Pfeiffer Vacuum，日本島津等公司佔據。

真空度的測量主要由真空規來完成。真空規要求具有精度高，穩定性好的優點。 半導體設備中通常採用可靠性和準確性都較高的薄膜式電容真空規，其量程範圍 有 100mT，1T 和 10T 三種。金屬和硅刻蝕多選用 100mT 真空計，而介質刻蝕選用 1T 真空計。

3.3.5. 氣路系統

刻蝕步驟需要使用多種刻蝕氣體，這些氣體也被稱為反應過程中的工藝介質。刻 蝕設備的氣路系統負責從氣源到反應腔內部的工藝介質的輸送，主要由氣路盒 （Gasbox），勻氣盤（Gaspanel），流量計（MFC），及管路組成。

氣路盒的功能是通過多種調節閥，將氣體類工藝介質從氣源（特種氣體瓶或晶圓 廠的氣路管道）調節壓力後，導入到刻蝕設備的氣路管道中。由於集成電路製造 使用的氣體大多具有危險性，為了保證安全，氣路盒的櫃體通常採用防腐塗層， 設置外部觀察窗，內部也處於負壓狀態。此外，氣路盒配備多種監測系統，一旦 監測到氣體泄漏，會立即切斷氣體的輸送並報警。 勻氣盤（Gaspanel）是氣路系統的核心零部件之一，也是加工難度很高的半導體 金屬零部件。勻氣盤通常由四層金屬盤疊加組成，每個金屬盤上都有很多小孔和 複雜細小的氣路通道。刻蝕氣體經過氣路盒的調節後，進入管道中，再通過勻氣 盤，最終以穩定均勻的速度輸送到反應腔中。勻氣盤需具備耐高溫，低顆粒污染， 耐腐蝕的特性，多層金屬盤之間需採用特種方法焊接，以防止內漏。由於勻氣盤 與刻蝕的核心進氣步驟相關，部分設備企業選擇與精密金屬加工企業合作研發生 產勻氣盤；除此之外，日本富士金閥門也是重要的勻氣盤生產商。

刻蝕設備通過質量流量計（MFC）來監測和控制刻蝕氣體進入反應腔中的速率。因 為進氣速率關係到刻蝕反應的穩定性，故刻蝕設備對質量流量計的流量範圍，控 制精度，流量穩定響應時間，都有較高的要求。流量計可分為模擬電路型，數字 電路型及壓力變化補償型幾種。壓力變化補償型流量計，能夠自動補償氣源壓力 的波動，保證輸出到反應腔的氣體流量穩定。質量流量計的主要生產商為日本 Horiba。

3.3.6. 終點檢測系統

終點檢測系統被廣泛應用於刻蝕設備中，以保證刻蝕的深度和時間符合工藝要求。 刻蝕反應對無需刻蝕的物質（下層薄膜，掩膜等）也會有一定損耗。反應過程中， 當需要被刻蝕去除的物質層被完全剝離後，刻蝕設備仍會以較慢速率繼續去除下 一層級的物質，從而造成過刻蝕。

終點檢測系統通過光譜來確定刻蝕是否該結束的方式一般有兩種：一是檢測參與 反應的化學氣體濃度是否突然升高，二是檢測反應生成物的濃度是否驟然下降。 該設備按照檢測波長的範圍可分為單波長（High Optical Throughput）和分光鏡 （Monochromator）兩種，前者只能通過特定波長的光，後者可通過電機控制分光 鏡的角度將所需波長的光分離出來。

3.4. 附屬設備

附屬設備主要包括廢氣處理系統（scubber），外部冷卻機（chiller），電源櫃等。 其中，廢氣處理系統負責處理刻蝕反應完成後，分子泵從反應腔中抽出的廢氣。 外部冷卻機與靜電卡盤下方的冷泵等內部冷卻組件連接，組成了刻蝕設備反應腔 散熱系統。電源櫃則負責為刻蝕設備提供電源。

4. 市場現狀

4.1. 海外三巨頭各有專長，佔據刻蝕設備多數市場

國內刻蝕設備企業起步較晚，目前全球市場大多被海外巨頭佔據；國際刻蝕設備 市場呈現高度壟斷格局，泛林集團，東京電子，應用材料作為行業 TOP3，2020 年 占近 9 成市場份額。在三巨頭中，泛林集團深耕刻蝕領域多年，技術實力最強， 市場份額最高，其產品覆蓋幾乎所有工藝種類。中國國內企業中微公司，北方華創和屹唐半導體合計佔據 2.36%的市場份額，不及排名第四的日立高新或排名第 五的韓國細美事，有著廣闊的成長空間。

4.1.1. 泛林集團（LAM）

泛林集團（LAM Research）成立於 1980 年，是全球刻蝕技術龍頭。2021 年公司 收入 146.26 億美元，同比增長 45.61%。泛林集團的極高深寬比介質刻蝕設備， 在 NAND 生產中作用非常重要；目前泛林集團對該型設備接近 100%壟斷。

4.1.2. 東京電子（TEL）

東京電子（TEL）成立於 1963 年，總部位於日本。2021 年公司收入 149.23 億美 元，同比增長 22.6%。其刻蝕設備在邏輯晶元生產中的大馬士革一體化刻蝕工藝， 和 3D NAND 製造過程的台階刻蝕工藝中佔據主導地位；此外，其高深寬比刻蝕設 備也在 3D NAND 和 DRAM 製造中佔有重要地位。

4.1.3. 應用材料 (AMAT)

應用材料成立於 1967 年，總部位於美國。2021 年收入為 230.59 億美元，同比增 長 34.06%。應用材料為全球最大半導體設備製造商，但其刻蝕設備市場地位較弱。 應用材料的 12 寸主力設備為 Producer Etch 系列機台，用於回刻蝕，Pad 刻蝕等 工藝。應用材料在刻蝕機領域的實力弱於泛林集團和東京電子；針對其部分產品， 國產刻蝕設備已具備較強的替代能力。

4.2. 國內擴產有側重，國產刻蝕設備歷史性機遇

基於已知的國內晶圓廠擴產計劃和進度，我們認為刻蝕設備及上游的零部件產業 鏈是較為優秀的投資賽道。國內偏向於成熟製程和存儲器的擴產方向，是我們做 出該判斷的主要原因之一。同時海外的貿易限制措施，提升了國內晶圓廠實現設 備國產化的緊迫性。

半導體設備中光刻，刻蝕，薄膜沉積價值量最高。根據 SEMI 統計，總額達到 875 億美元規模的晶圓製造設備市場中，光刻，刻蝕，薄膜沉積分別占 24%，20%，20%。 由於中國國內晶圓製造企業無法順利採購最新型的極紫外（EUV）光刻機，將邏輯 製程推進到 7 納米級或更先進等級面臨很大困難，故國內邏輯製程的擴產主要圍 繞 28 納米左右的成熟製程進行。相比於先進位程，國內刻蝕設備企業在成熟製程 領域已有比較充分的技術積累和工藝經驗，能夠完成更大範圍的國產替代，潛在 市場份額更大。 就遠期前景和先進位程而言，極紫外光刻設備的缺失，意味著國內晶圓廠需要依 賴多重曝光技術或自對準多重圖形技術來擴充的 14 納米至 7 納米產能。多重曝 光技術需要頻繁地進行掩膜版的精確刻蝕，而自對準多重圖形則涉及側牆的刻蝕 成形。採用以上兩種技術路線的先進晶圓產能，對於刻蝕設備都會有額外的採購需求。海外設備的供應風險，也導致國內晶圓廠更依賴國產刻蝕設備，為國產刻 蝕設備邁向高端提供充分機遇 DRAM 晶元目前主要通過進一步微縮來推進位程進步，對刻蝕設備市場的影響與邏 輯製程類似。此外，DRAM 中的電容槽，埋入式字線結構也產生了高深刻比刻蝕設 備的額外需求。在 3D NAND 存儲器領域，國內晶圓廠通過疊堆而不是微縮來推進 製程；多層的 3D NAND 需要大量刻蝕機來進行挖孔工藝，故刻蝕設備佔總資本開 支比例近 50%。中國國內有海量的數據存儲需求，對 3D NAND 需求極大，實現 3D NAND 國產化對信息安全至關重要。雖然新貿易限制措施可能導致短期內擴產受阻， 但長期看，國內 3D NAND 企業擁有充分的政策和資金支持，技術水平與國際大廠 差距小，擴產意志堅定，故 3D NAND 為國內刻蝕設備企業的重要潛在市場。

4.3. 刻蝕設備國產化率低，自主可控市場需求廣闊

國產刻蝕設備主要銷往國內市場。結合中國大陸歷年的半導體設備市場佔比，取 全球刻蝕設備市場 2020 年規模 136.9 億美元的 25%估計規模，則中國刻蝕設備 2020 年市場規模為 34.2 億美元。中微公司 2020 年刻蝕設備貢獻營收 12.89 億 元，屹唐股份 2020 年刻蝕設備貢獻營收 1.2 億元，若假設北方華創當年的刻蝕設 備營收為 10 億元，則國產刻蝕設備的合計市場規模約為 24 億元，對應的市場占 比僅為約 10%。

2020 年到 2022 年，國內刻蝕設備企業在晶圓廠陸續取得工藝驗證突破，在全球 市場中的份額佔比上升到約 4%。在 2022 年 1-6 月的公開招標的項目中，國產刻 蝕設備中標佔比如表 11 所示已達到 50%，但由於 12 寸晶圓廠大量設備採購未進 行公開招標，中標刻蝕設備中存在部分進口翻新設備，故實際國產化率應遠低於50%。在大馬士革一體化刻蝕，側牆刻蝕，接觸孔刻蝕等高端工藝領域，進口設備 仍佔據絕對多數，國產替代潛在市場空間依然非常廣闊。

5.重點公司分析

北方華創：ICP 硅刻蝕領域先行者

北方華創為國內 ICP 硅刻蝕設備龍頭，其前身北方微電子和七星微電子成立於 2001 年，是國內最早的一批半導體設備企業，涉及集成電路製造，太陽能，LED， 封裝，新能源鋰電，功率半導體等領域。北方華創的初代 12 寸刻蝕機於 2008 年 進入中芯國際北京廠進行 90 納米至 65 納米製程的工藝認證。同期，北方華創依 托 02 國家重大專項，逐步提升技術水平。到 2017 年北方華創的刻蝕設備完成 28 納米工藝驗證，逐步實現了刻蝕設備的產業化。

公司 2021 年實現營收 96.83 億元，其中電子工藝裝備營收 79.49 億元，占營收整 體的 82%。2022 年上半年，北方華創電子工藝裝備業務貢獻營收 41.00 億元。等 離子干法刻蝕機為北方華創的核心產品，公司刻蝕設備目前覆蓋硅刻蝕，金屬刻 蝕，介質刻蝕三大領域。北方華創針對 8 寸與 12 寸兩種晶圓尺寸，提供 NMC508 系列與 NMC612 系列兩大類干法刻蝕機。

NMC508 系列主要用於 8 寸晶圓的生產，北方華創在 8 寸晶圓刻蝕設備領域，已實 現全覆蓋。NMC612 系列 ICP 刻蝕機主要用於 12 寸晶圓製造過程中的硅刻蝕步驟， 該系列機台目前已應用於國內多條量產產線。其中，最新型的 NMC612D 型機台， 已經完成了 14 納米工藝節點中鰭式晶體管自對準雙重圖形（14nm FinFET SADP） 步驟的相關驗證，各項工藝指標均已達到量產要求，取得了刻蝕工藝技術的重大 突破。

中微公司：CCP 介質刻蝕領軍企業

中微公司於 2004 年 8 月成立於中國上海，是以生產刻蝕設備和 MOCVD 設備為主 業的高科技企業。公司主要創始人員為美國應材高管尹志堯及其他 15 位矽谷半導 體設備產業的資深華裔工程技術人員和管理人員。團隊核心成員大部分具備 20 到 30 年的半導體設備研發與生產的經驗。中微公司的全球銷售和市場總部設於新加 坡，並在中國台灣，韓國，日本等地設有分公司或辦事處。 中微公司的 CCP 介質刻蝕設備在國內處於領先地位，已成功打入台積電 5 納米生 產線的後端工藝部分，率先實現國產刻蝕設備在高端製程領域的突破。在存儲器 領域，中微公司的刻蝕設備在 64 層與 128 層 3D NAND 生產線及 1X 納米 DRAM 生產線中，實現了規模化應用。同期，中微公司所研發的高深寬比介質刻蝕設備 Primo HD-RIE 成功出貨，在 DRAM 和 3D NAND 生產的部分關鍵刻蝕步驟中表現優 異，一定程度打破國外企業在高深寬比介質刻蝕領域的壟斷。

中微公司的 CCP 刻蝕設備產品包括 Primo AD-RIE，Primo SSC AD-RIE，Primo HDRIE 在內的多種型號。其中，Primo D-RIE 具有較為獨特的雙反應腔結構，兩個反 應腔共用一套排氣系統。該型機台憑藉其出色的成本和效率優勢，在國內邏輯芯 片產線的後端通孔和鈍化層刻蝕等步驟中，已經取得了優勢地位。公司 2021 年共 生產付運 CCP 刻蝕設備 298 腔，產量同比增長 40%。

在CCP刻蝕設備不斷取得突破的同時，中微公司ICP刻蝕設備也取得了較大進展。 中微公司的 Primo nanova 型 ICP 刻蝕設備於 2016 年出貨，目前已在超過 15 家 客戶的生產線上進行了 100 多項刻蝕工藝的驗證。截止 2021 年 12 月底，中微公 司已順利交付超過 180 台 ICP 刻蝕反應腔；其中 2021 年全年共交付 ICP 刻蝕反 應腔 134 台，產量同比增長 235%。 2021 年 3 月，中微公司推出了 Primo Twin-Star 型 ICP 刻蝕設備，該產品沿用了 中微公司國際領先的雙反應台設計理念，並採用了 Primo nanova 刻蝕設備的大部 分硬體設計方案。Primo Twin-Star 型刻蝕機在具備良好性能的同時，提升了產 品的經濟性和產出效率。 中微公司的 Primo TSV 型刻蝕設備同樣採用 ICP 刻蝕技術，具有高性能硅通孔能 力，應用於晶元的 3D 封裝，CMOS 圖像感測器，發光二極體，微機電系統等領域。

屹唐股份：源自海外併購的刻蝕新秀

2016 年 5 月，亦庄國投通過屹唐半導體，成功收購了 Mattson Technology。這是 中國資本成功收購國際半導體設備公司的第一個案例。屹唐股份通過收購 Mattson 掌握了其在刻蝕，去膠，熱處理等領域的相關技術。

屹唐股份擁有傳統等離子體刻蝕設備 paradigmE 系列和新產品 Novyka 系列。 paradigmE 系列刻蝕設備使用扁平型電感耦合體源設計，擁有雙晶圓反應腔，雙 反應腔產品平台設計，多區溫控靜電吸附卡盤。Novyka 系列則是具備高選擇比的 刻蝕設備。

刻蝕設備零件品類多，國產化比例亟待提升

刻蝕設備作為半導體產線的核心裝備之一，其結構複雜程度僅次於光刻。國產刻 蝕設備的初期型號對進口零件依賴程度較高；隨著設備企業對於零部件自主可控的重視程度提高，國內出現了一批具有一定實力的國產供應商；然而在較為複雜 的機械類和電氣電子類零部件領域，國內企業大多數還處於初創或驗證階段。

富創精密：專註半導體金屬零件加工

富創精密成立於 2008 年，是一家專註於半導體精密零部件製造的企業。公司主要 產品包括工藝零部件，結構零部件，氣體管路，模組等。公司具有完備的生產工 藝，獲得國內外多家半導體設備廠商認證。成立以來，公司持續加大研發投入， 不斷拓展產品品類，通過客戶 A 的 39 項大類特種工藝認證。報告期內，公司年均 向客戶交付首件零件種類超過 3000 種，首件實現量產種類超過 2000 種。

富創精密營收快速增長，在手訂單充裕，產能利用率持續提升。2021 年公司實現 營業收入 8.43 億元，同比增長 75.21%。公司產能利用率亦持續提升，2021 年工 藝及結構零部件產能利用率達 90.17%，同比+8.96 pct。公司的在手訂單也比較 飽滿，2022H1 期末，公司合同負債 0.33 億元，庫存在產品 0.92 億元，庫存產成 品 1.64 億元。隨著富創精密營收的快速增長，原有的生產線產能利用率也趨近飽 滿，公司計劃在南通和北京建設新廠房。

公司也是目前全球少數具備 7 納米製程零部件生產能力的企業。富創精密通過研 發新型塗層，高潔凈度清洗工藝，新型鍍膜工藝，來提升零部件的潔凈度以及在 晶圓加工設備中的耐腐蝕性，從而提升了 7 納米製程零部件的良品率。此外，公 司在精密機械，表面處理，焊接，組裝等製造工藝上的 knowhow 積累，也保證了 7 納米製程零部件的高質量生產。目前，富創精密的 7 納米產品已覆蓋包括刻蝕 機，氧化擴散爐，薄膜沉積機在內的設備。

江豐電子：跨界進入零部件領域

寧波江豐電子成立於 2005 年，核心團隊由多名海歸博士組成，並引進了多名外籍 專家。公司最初專註於半導體靶材的研發，取得較大突破，產品覆蓋鋁鈦銅等多 種靶材。江豐電子憑藉其在高純金屬加工領域的優勢，成功拓展產品品類到半導 體零部件領域。

公司擁有較高的技術護城河。製造工藝包括超精密加工，擴散焊，氬弧焊，真空 釺焊，表面處理，陽極氧化，等離子噴塗，熱噴塗，特殊塗層，超級凈化清洗等。 在晶元先進位程生產工藝中，各種精密零部件以及 CMP 用保持環（Retainer Ring）， 拋光墊（Pad）等作為耗材被廣泛使用，零部件產品對金屬材料精密製造技術，表 面處理特種工藝等技術要求極高。 近年來公司持續投入零部件製造工藝的研發，投資強化裝備能力。公司建成了零 部件生產的全工藝，全流程生產體系，建成了寧波餘姚，上海奉賢，瀋陽沈北三 個零部件生產基地，實現了多品種，大批量，高品質的零部件量產。填補了國內 零部件產業的產能缺口，與國內半導體設備龍頭北方華創，拓荊科技，芯源微， 上海盛美，上海微電子，屹唐科技等多家廠商形成戰略合作，新開發的各種半導 體精密零部件產品加速放量。

江豐子公司攻克刻蝕設備零部件領域，進入加速放量階段。杭州睿昇為江豐電子 參股公司，近期已攻克半導體先進位造工藝用刻蝕設備的核心零部件的生產技術， 並於近期得到了下遊客戶認可，成功取得產品供應的訂單。杭州睿昇是江豐電子 零部件事業版塊中至關重要的戰略部署，專註於集成電路用易脆材料的精密加工， 產品布局半導體脆性材料高純硅，石英，陶瓷等零部件。

新萊應材：深耕管路閥門類零件領域

新萊應材於 1991 年成立於中國台灣，從 2010 年起進入半導體行業，早期主要給 美商應材（AMAT）和泛林（Lam Research）等半導體設備企業做關鍵零部件代工。 2014 年起公司布局自主品牌，並於 2018 年通過設備企業供應商認證，在半導體 設備零部件領域技術積累深厚。2020 年下半年以來，全球半導體市場景氣度持續 上行，公司作為國內設備零部件細分賽道龍頭，業績增長迅速。

公司主要從事壓力管道組件，低功率氣動控制閥，流體設備，真空電子潔凈設備 及其相關零部件。公司半導體領域的產品主要是腔體，管件，閥，泵等零部件， 應用於真空，氣體領域。公司重點研發真空半導體零部件的加工，表面處理等工 藝，並持續提供高端高效高潔凈泵，超潔凈管道管件，超潔凈高密封性真空腔體。

產能擴張，業績關鍵節點：公司半導體產品面向國內外眾多客戶，包括國外的美 商應材，LAM，國內的北方華創，長江存儲，合肥長鑫，無錫海力士，正帆科技， 至純科技，亞翔集成等知名客戶。作為眾多客戶的合格供應商，公司產品訂單充 足，產能目前是制約公司業務上升的主要瓶頸。當前公司半導體真空系統產品面 的客戶較多，未來氣體系統產品將是公司重點攻克的方向，今年上半年自有品牌 的特氣產品已經在部分客戶批量出貨。

英傑電氣：發力射頻電源國產化

英傑電氣成立於 1996 年，是中國國內工業電源龍頭企業之一。英傑電氣從光伏 矽片硅料產設備的工業電源起步，逐步橫向擴張到包括藍寶石，碳化硅等非高端 半導體領域。公司所生產的主要產品 PD 系列可編程直流電源，已穩定供應中微公 司的 MOCVD 設備，成功實現國產替代。此外，公司的射頻電源類產品有望繼續向 高端延伸，進入刻蝕設備零部件領域，從而消除海外供應鏈風險。

英傑電氣的分類營業收入近年來出現一定的波動。其中「半導體等電子材料」類 業務包括 LED，碳化硅，高端集成電路用射頻源等。由於 2019-2020 年 LED 等非 高端泛半導體市場出現一定程度回調，導致半導體類業務收入降低。2021 年各公 司各大類業務景氣度出現回升，當年合計營業收入達到 6.6 億元。2022H1，英傑 電氣繼續維持高增速，實現營收 4.52 億元，同比增速為 67.87%。隨著公司的射 頻源產品在刻蝕設備上進入驗證階段，產品邁向高端化步伐繼續，營收規模與盈 利能力有望進一步提升。

國力股份：提供射頻電源關鍵元件

國力股份專業從事電子真空器件的生產，其生產的真空電容器，主要應用於半導 體設備射頻電源匹配器，對於實現核心半導體零部件的國產替代至關重要。國力 股份通過二十餘年技術積累和研發投入，掌握了覆蓋了電子真空器件生產製造各 關鍵環節的核心技術，相應技術和產品覆蓋範圍面廣泛，已得到客戶和認證機構 的充分認可。

公司主要產品為電子真空元器件，產品分為有源器件與無源器件，應用於能源， 半導體，軍工，航空航天等多重領域。無源器件包括陶瓷高壓直流接觸，接觸點 組，陶瓷高壓真空接觸器，真空交流接觸器，陶瓷真空開關管，陶瓷真空電容器， 有源器件包括大功率閘流管，大功率磁控管，大功率速調管。

國力股份的營業收入逐年穩步增長，2021 年公司實現營收 5.09 億元，主要來自 新能源汽車，傳統能源，航空航天業務，半導體電容器業務佔比較少，半導體電 容器業務貢獻營收 0.38 億元，大約佔公司整體營收的 7.5%。隨著國內半導體設 備廠商對於零部件自主可控的重視程度提高，國產射頻電源及匹配器的需求提升； 國力股份作為匹配器上游關鍵電容零件的供應商，有很大的增長潛力。

新松機器人：產品覆蓋設備前端模塊

瀋陽新松機器人成立於 2000 年，是一家以機器人技術為核心的高科技上市公司， 擁有 4000 餘人的研發創新團隊，同時依託中科院瀋陽自動化研究所強大的技術實 力，堅持以市場為導向開展技術創新，形成了完整的機器人產品線及工業 4.0 整 體解決方案。新松的機器人產品品類覆蓋全面，包括工業機器人，移動機器人，特種機器人，協作機器人，醫療服務機器人五大系列百餘種產品。新松機器人的 半導體真空機械手，大氣機械手，EFEM 產品在國內居於領先地位。

新松機器人 2021 年實現營業收入 32.98 億，其中半導體類產品實現收入 1.64 億 元；其傳統機器人業務仍然貢獻絕大多數營收，目前公司整體盈利能力較弱。

華卓精科：靜電卡盤國產化的突破先鋒

北京華卓精科成立於 2012 年 5 月 9 日，創始人為清華大學機械系教授朱煜，主營 業務為集成電路製造裝備及關鍵零部件。華卓精科是國內為數不多進行靜電卡盤 研發生產的企業。

華卓精科已開發出適用 12 寸晶圓的 PVD 工藝用氮化鋁靜電卡盤，在一定程度上破 除了國外廠商在該產品領域內的長期壟斷局面，但整體產品性能相較國際先進水 平仍存在一定差距，適用於刻蝕設備的靜電卡盤目前仍在驗證當中。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。系統發生錯誤