作为(wei)半导体制造(zao)三大核心工(gong)艺之一的刻蚀设备，其价值量占比达到了22%，是重要(yao)性仅次于光刻机(ji)的半导体设备，正迎市场增长和国产化双机(ji)遇共振。
什么是刻蚀设备？
集成电路制造(zao)经历上(shang)百道工(gong)艺，光刻、刻蚀、薄膜沉积是三大关键设备，价值占比达60%以上(shang)。国际最先进(jin)芯片产线需要(yao)百亿美元投资，70%以上(shang)用于购买(mai)设备，单条线需要(yao)十(shi)大类设备，170多种细分设备，合计约3000多台各种类型的设备，其中光刻、刻蚀、薄膜沉积价值量最大，占比分别(bie)为(wei)17%、22%、22%。刻蚀设备是重要(yao)性仅次于光刻机(ji)的半导体设备。
刻蚀设备结构解析 资料来(lai)源：四(si)十(shi)八所
半导体制作过程(cheng)中，薄膜沉积工(gong)艺是在晶圆上(shang)沉积一层待处理的薄膜，匀胶(jiao)工(gong)艺把(ba)光刻胶(jiao)涂抹(mo)在薄膜上(shang)，光刻和显(xian)影工(gong)艺把(ba)光罩上(shang)的图形转移到光刻胶(jiao)，而刻蚀工(gong)艺是把(ba)光刻胶(jiao)上(shang)图形转移到薄膜，去除光刻胶(jiao)后，即完成图形从(cong)光罩到晶圆的转移。刻蚀利用化学或者物理的方(fang)法将晶圆表面附着的不必要(yao)的材质进(jin)行去除的过程(cheng)，根据被刻蚀材料的不同，刻蚀可分为(wei)介质刻蚀、硅刻蚀、金属刻蚀。根据产生等离子体方(fang)法的不同，分为(wei)电容(rong)性等离子体刻蚀（CCP）和电感性等离子体刻蚀（ICP）。
资料来(lai)源：中微公司(si)招股说明书
其中CCP刻蚀主要(yao)是介质刻蚀，即高能(neng)离子在较硬的介质材料上(shang)刻蚀高深宽比的深孔、深沟等微观结构；而ICP刻蚀主要(yao)是硅刻蚀和金属刻蚀，即以较低的离子能(neng)量和极(ji)均匀的离子浓度(du)刻蚀较软的和较薄的材料。
ICP、CCP在整个刻蚀设备市场占比接近，据Gartner数据显(xian)示，2022年ICP、CCP占刻蚀设备市场分别(bie)为(wei)47.9%、47.5%，二者合计占比约95%，几乎(hu)占据了整个刻蚀设备市场全部份额。
来(lai)源：Gartner,中微公司(si)
当(dang)下有什么值得(de)关注的点(dian)？
首先是逻辑(ji)芯片不断突破，先进(jin)工(gong)艺刻蚀次数也不断提升,对刻蚀设备的数量和质量提出了更高的要(yao)求(qiu)。
更小的制程(cheng)是集成电路研(yan)发生产的不懈追求(qiu)，工(gong)艺越(yue)先进(jin)，晶体管栅极(ji)宽度(du)纳米数越(yue)小，芯片的性能(neng)也将随之提升。当(dang)前国际上(shang)高端量产芯片从(cong)7nm向5nm、3nm甚至更小的尺寸发展，其核心工(gong)艺必须借助刻蚀机(ji)的多次刻蚀来(lai)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(gong)艺140次，较28nm生产所需的40次增加(jia)2.5倍。此(ci)外(wai)，更多的步骤、更小的尺寸以及不同的材料对刻蚀机(ji)的数量、精度(du)、重复性等都提出更高的要(yao)求(qiu)。
不同制程(cheng)集成电路所需刻蚀工(gong)艺数量（次）资料来(lai)源：国际半导体产业协会，华经产业研(yan)究(jiu)院(yuan)
对于中国大陆逻辑(ji)电路制造(zao)而言，先进(jin)制程(cheng)的主流工(gong)艺是FinFET工(gong)艺，受制于部分设备能(neng)力，国内先进(jin)制程(cheng)的发展目前还需要(yao)依赖多重曝光实现更小的尺寸，使得(de)刻蚀技术及相关设备的需求(qiu)数量和重要(yao)性进(jin)一步提升。除此(ci)之外(wai)基于金属硬掩模的双大马士革等工(gong)艺也提高了刻蚀的难度(du)，相应的刻蚀机(ji)制造(zao)的难度(du)也随之增加(jia)。
同时(shi)，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(neng)及数量都提出需求(qiu)。
基于NAND闪存芯片的产品能(neng)够快(kuai)速处理数据，是当(dang)今存储卡、USB、固态硬盘等数字数据存储方(fang)式背后的核心元件。当(dang)下主流的3DNAND存储是在垂直(zhi)层面上(shang)增加(jia)存储单元，从(cong)而倍数扩张(zhang)晶圆上(shang)的单元数量，增大存储容(rong)量。
3DNAND的构建极(ji)大程(cheng)度(du)上(shang)依赖沉积和刻蚀工(gong)艺，无论是已经投入量产的64层和128层，还是正在研(yan)发中的超300层3DNAND，都是增加(jia)了堆叠的层数，这对刻蚀设备的深宽比提出了要(yao)求(qiu)。
此(ci)外(wai)在现有技术下，堆叠层数越(yue)高，重复工(gong)艺次数越(yue)多，沟道孔洞等非重复性节点(dian)单次操作耗时(shi)更长，导致部分加(jia)工(gong)节点(dian)对刻蚀设备的需求(qiu)可随堆叠层数的增加(jia)而同比例增长。3DNAND的技术发展将为(wei)刻蚀设备的需求(qiu)带来(lai)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(kuai)速提升，目前替(ti)代空间巨大。
刻蚀设备市场格局高度(du)集中，海外(wai)三大厂商(shang)寡头垄断，占据总市场份额的90%。根据华经情报研(yan)究(jiu)院(yuan)，2022年刻蚀龙头LamResearch（LRCX、泛林半导体）市场份额占比46.7%。就我国本土市场而言，据智研(yan)咨(zi)询统计，现阶段中国刻蚀设备国产化率约在20%左右。海外(wai)厂商(shang)普遍成立时(shi)间较早，在技术经验、客户资源、生态体系等方(fang)面均有较深积累，国产厂商(shang)均在2000年后成立，且主要(yao)客户均为(wei)国内晶圆厂，经验资源仍然欠缺。
不过根据中国海关进(jin)口数据显(xian)示，2017年以来(lai)，刻蚀机(ji)进(jin)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(shi)也反映了国产刻蚀设备逐渐满足我国晶圆厂的生产需求(qiu)，在出厂数量和技术水平上(shang)均有所提升。2023年下半年进(jin)口数量未见明显(xian)增加(jia)但单机(ji)价格呈现翻(fan)倍的增长，机(ji)构判断进(jin)口设备多集中在一些高技术壁垒高价值量的工(gong)艺环节。
并且，已经有不少国产企业在技术、订单方(fang)面有较为(wei)明显(xian)的突破。
例如，3DNAND工(gong)艺中最困难环节的高深宽比刻蚀领域，中微公司(si)就自主开发了极(ji)高深比刻蚀机(ji)，该设备用400KHz取代2MHz作为(wei)偏压射频源，以获得(de)更高的离子入射能(neng)量和准直(zhi)性，使得(de)深孔及深槽刻蚀关键尺寸的大小符合规格。在3DNAND芯片制造(zao)环节，公司(si)的等离子体刻蚀设备可应用于64层和128层的量产，同时(shi)公司(si)根据存储器厂商(shang)的需求(qiu)正在开发新一代设备，以满足极(ji)高深宽比的刻蚀设备和工(gong)艺。
而应用于CVD薄膜沉积、刻蚀等核心环节的半导体工(gong)艺控制核心射频电源领域，国内厂商(shang)英杰电气、恒运昌、北广(guang)科技与下游设备厂（中微股份、拓荆科技、北方(fang)华创等）共同成长，在射频电源产品供应方(fang)面已实现批量订单突破。
其中英杰电气应用于半导体设备的射频电源已实现批量订单（截(jie)至2023年11月(yue)29日(ri)，已突破9000万元订单），正呈现逐渐增量的趋势。恒运昌2019年底公司(si)与沈阳拓荆科技有限公司(si)正式签署了战略(lue)合作备忘录。2022年6月(yue)17日(ri)，拓荆科技以自有资金人民币2000万元向恒运昌增资并参股恒运昌，增资后持有其3.51%的股份。在PECVD射频电源领域持续(xu)突破。北方(fang)微电子2020年公司(si)以6397万人民币收购北广(guang)科技射频应用技术相关资产，提高在射频电源细分领域的核心竞争力。
市场空间有多大？
半导体行业虽具有一定的周期性，但整体仍呈现快(kuai)速增长态势，以AI和5G为(wei)代表的技术创新将带来(lai)新需求(qiu)，为(wei)半导体行业带来(lai)新的增长动力。
2023年12月(yue)12日(ri)SEMI发布了《年终总半导体设备预测报告》指出，半导体制造(zao)设备全球总销(xiao)售额预计将在2023年达到1000亿美元，比2022年收缩6%。预计半导体制造(zao)设备将在2024年恢复增长，在前端和后端市场的推动下，2025年的销(xiao)售额预计将达到1240亿美元的新高。
来(lai)源：SEMI
根据Gartner统计数据，全球集成电路制造(zao)干法刻蚀设备市场规模在2020-2025年期间发生一定波动，预计2025年市场规模约为(wei)181.85亿美元，年复合增长率约为(wei)5.84%。
全球集成电路干法刻蚀设备市场规模（亿美元）资料来(lai)源：Gartner，屹唐股份招股说明书
中国大陆晶圆厂仍处于产能(neng)扩张(zhang)阶段，12英寸产线扩产空间较大，保障(zhang)刻蚀设备需求(qiu)。
据全球半导体观察不完全统计，中国大陆预计至2024年底将建立32座(zuo)大型晶圆厂，包括正在建设中的晶圆厂22座(zuo)，以及未来(lai)中芯国际、晶合集成、合肥长鑫、士兰微等厂商(shang)计划建设10座(zuo)，其中在建或计划中12英寸晶圆厂共计24座(zuo)，占扩产比例的75%。
具体产能(neng)方(fang)面，中国大陆目前12英寸晶圆月(yue)产能(neng)160.7万片，规划月(yue)产能(neng)423.3万片，现有产能(neng)占比37.96%，8英寸月(yue)产能(neng)99.1万片，规划月(yue)产能(neng)155万片，现有产能(neng)占比63.94%。长期来(lai)看，12英寸产线产能(neng)扩张(zhang)空间可观。晶圆代工(gong)行业扩产计划的不断推进(jin)也为(wei)刻蚀设备的需求(qiu)增长保证了充(chong)足空间。
据华经产业研(yan)究(jiu)院(yuan)统计，刻蚀设备市场规模在各类半导体设备中增速最高，2011-2021年年复合增长率达16.39%，2022年中国刻蚀设备市场规模为(wei)375.28亿元，预计2023年有望(wang)达到500亿元。随着集成电路技术不断发展，对刻蚀设备的性能(neng)和数量要(yao)求(qiu)不断提高，以及当(dang)下核心设备国产化的主流趋势，刻蚀行业前景依旧广(guang)阔(kuo)。
相关企业有哪些？
中微公司(si)是国内领先的半导体刻蚀设备及MOCVD设备制造(zao)商(shang)，逐步向薄膜沉积设备等半导体设备延(yan)展。公司(si)2004年成立以来(lai)，开发了CCP单/双台机(ji)、ICP单/双台机(ji)，可以覆(fu)盖大部分刻蚀应用，并且在高壁垒卡脖子领域例如极(ji)高深宽比和大马士革工(gong)艺方(fang)面持续(xu)突破。
在逻辑(ji)集成电路制造(zao)环节，公司(si)开发的12英寸高端刻蚀设备已运用在国际国内知(zhi)名(ming)客户65nm到5nm及下一代更先进(jin)的芯片生产线上(shang)；同时(shi)，公司(si)根据先进(jin)集成电路厂商(shang)的需求(qiu)，持续(xu)开发5nm及更先进(jin)刻蚀设备用于若干关键步骤的加(jia)工(gong)，并已获得(de)行业领先客户的批量订单。在3DNAND芯片制造(zao)环节，公司(si)的等离子体刻蚀设备可应用于64层和128层的量产，满足更高深宽比的刻蚀设备正在研(yan)发中。
公司(si)主要(yao)客户包括台积电、英特尔、联华电子、格罗方(fang)德、海力士、意法半导体、华力、华虹、中芯国际、博世、长江存储、长鑫存储等。
北方(fang)华创则(ze)是国内ICP刻蚀设备龙头，ICP刻蚀产品出货累计超过2000腔。2005年华创第一台ICP硅刻蚀机(ji)进(jin)入生产线，目前是国内主流客户的优选机(ji)台。12英寸TSV深硅刻蚀机(ji)是国内TSV量产生产线主力机(ji)台，支(zhi)持Chiplet工(gong)艺应用。公司(si)实现CCP刻蚀设备突破，2022年公司(si)推出8英寸CCP刻蚀设备并开始(shi)批量供应和12英寸CCP晶边(bian)介质刻蚀机(ji)已进(jin)入多家生产线验证。
此(ci)外(wai)还有进(jin)行刻蚀设备业务拓展的屹唐股份，目前正在冲(chong)击IPO。公司(si)面向全球经营的半导体设备公司(si)，主要(yao)从(cong)事集成电路制造(zao)过程(cheng)中所需晶圆加(jia)工(gong)设备的研(yan)发、生产和销(xiao)售，面向全球集成电路制造(zao)厂商(shang)提供包括干法去胶(jiao)设备、快(kuai)速热处理设备、干法刻蚀设备在内的集成电路制造(zao)设备及配(pei)套工(gong)艺解决方(fang)案。
屹唐股份现有两款刻蚀设备，主要(yao)覆(fu)盖存储芯片的制备。2007年推出ParadigmE系列，2020年推出高选择比刻蚀和原子层级材料移除设备Novyka系列，二者目前均已研(yan)发至先进(jin)10nmDRAM芯片和256层3D闪存芯片制造(zao)，公司(si)在干法刻蚀领域仍处于追赶国际先进(jin)水平阶段。目前，公司(si)刻蚀设备的主要(yao)客户为(wei)三星电子和长江存储。