1.基本原理
前道的晶(jing)圓加(jia)工(gong)包括(kuo)十(shi)余道工(gong)藝(yi)，有氧(yang)化(hua)、擴(kuo)散、退火、離子注入、薄膜(mo)沉積、光(guang)刻(ke)、刻(ke)蝕(shi)、化(hua)學機械平坦(tan)化(hua)（CMP）等。其中最關鍵的(de)三(san)類主設(she)備(bei)是(shi)光(guang)刻機(ji)、刻蝕機(ji)和薄(bo)膜沉積(ji)設(she)備(bei)，價值占前道設(she)備(bei)的(de)近70%。
刻(ke)蝕(shi)工藝順序位于鍍膜和光刻(ke)之后。簡單(dan)來說，刻(ke)蝕(shi)機的作用(yong)就好像是雕(diao)刻(ke)中的刻(ke)刀一(yi)樣，利用(yong)光學-化學反應原理和化學、物(wu)理等刻蝕方法，將晶圓表面附(fu)著的(de)(de)不(bu)必要的(de)(de)材(cai)質進(jin)行(xing)去除，留下(xia)的(de)(de)就(jiu)是晶圓所需(xu)要的(de)(de)材(cai)質和附(fu)著在其(qi)上的(de)(de)光刻膠(jiao)。然后(hou)再多次重復上述步驟(zou)，就(jiu)可得到(dao)構造復雜的(de)(de)集成電路(lu)。
按照(zhao)刻(ke)(ke)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)工藝(yi)劃分(fen)，其(qi)主要(yao)分(fen)為干(gan)法刻(ke)(ke)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)以及濕法刻(ke)(ke)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。由于干(gan)法刻(ke)(ke)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)可以實現(xian)各向(xiang)異性刻(ke)(ke)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，符合現(xian)階段(duan)半導體制造的(de)(de)高精準、高集成度的(de)(de)需求，因此在小尺寸的(de)(de)先進工藝(yi)中，基本采用干(gan)法刻(ke)(ke)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)工藝(yi)，導致(zhi)干(gan)法刻(ke)(ke)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)機在半導體刻(ke)(ke)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)市(shi)場(chang)中占據絕對主流地位。
而按照(zhao)被刻(ke)蝕材料劃分，可(ke)以(yi)分為(wei)硅刻(ke)蝕、介(jie)(jie)質(zhi)刻(ke)蝕以(yi)及金(jin)屬刻(ke)蝕。目前由(you)于下游(you)的需求場景較多，介(jie)(jie)質(zhi)刻(ke)蝕機與硅刻(ke)蝕機的市場占比較高，成(cheng)為(wei)市場主流。
2.刻蝕與光刻的區別(bie)
有(you)些對工藝不熟悉(xi)的業者，很容易(yi)將刻蝕機(ji)與光刻機(ji)混淆。事實上，這兩款(kuan)設(she)備的工序和作用完全不同。
業界(jie)有個簡(jian)單的(de)比喻：如(ru)果把芯(xin)片比作一(yi)幅平面雕刻(ke)作品，那(nei)么(me)光(guang)(guang)刻(ke)機(ji)是(shi)打草稿(gao)的(de)畫筆(bi)，刻(ke)蝕機(ji)是(shi)雕刻(ke)刀，沉積的(de)薄(bo)(bo)膜(mo)則是(shi)用來雕刻(ke)的(de)基礎材料。光(guang)(guang)刻(ke)的(de)精度直接決(jue)定了電(dian)路(lu)的(de)走向和(he)尺寸，而刻(ke)蝕和(he)薄(bo)(bo)膜(mo)沉積的(de)精度則決(jue)定了光(guang)(guang)刻(ke)的(de)尺寸能(neng)否實(shi)際加工(gong)。
原理說來(lai)簡(jian)單，但(dan)設(she)備的實際研(yan)發難度(du)還(huan)(huan)是很高(gao)(gao)的。不僅因為芯片制(zhi)造工(gong)序多、精度(du)要求高(gao)(gao)，還(huan)(huan)因為電(dian)路之間(jian)是立(li)體存在的，上下堆疊(die)、左右間(jian)隔(ge)，而寬度(du)也小到納米級別，其結構放(fang)大無(wu)數(shu)倍(bei)來(lai)看比整個北(bei)京城的街道都復(fu)雜。
全球(qiu)刻蝕設備的競爭格(ge)局
近年來全球刻蝕機市場規(gui)模有顯著提(ti)升。從SEMI的數據(ju)來看（圖1），2016年以(yi)來全球(qiu)刻蝕機市場(chang)持續增長，其中(zhong)2018年市場規(gui)模已經超過百(bai)億美元(yuan)，達到103億美(mei)元(yuan)，同(tong)比增長11.96%。預計2019年全球刻蝕設備市場仍會以十位數以上的同比增速發(fa)展。
刻蝕(shi)設備市場規模(mo)顯著提(ti)升的(de)原因(yin)有多方面，其(qi)中最關(guan)鍵的(de)兩點：一是全球半導(dao)體產(chan)線資(zi)本(ben)開支提(ti)升，尤其(qi)是中國近年來建設大(da)量(liang)晶圓(yuan)廠以及存儲產(chan)線，帶來大(da)量(liang)刻蝕(shi)機(ji)需(xu)(xu)求(qiu)；二(er)是由(you)于晶圓(yuan)代工以及存儲產(chan)線工藝(yi)優化(hua)，帶來刻蝕(shi)工藝(yi)需(xu)(xu)求(qiu)的(de)持續提(ti)升，進而對刻蝕(shi)機(ji)本(ben)身需(xu)(xu)求(qiu)增(zeng)長。
市場(chang)的強健增長，自然(ran)會吸引不少廠(chang)商(shang)來分一(yi)杯羹。但事實(shi)上，刻蝕機與(yu)大多數(shu)半導(dao)體設備一(yi)樣，一(yi)直(zhi)以來就(jiu)是一(yi)個高度集中的行業(ye)，市場(chang)高度壟斷。
1.國(guo)際巨頭的成長路徑(jing)
根據預測，2019年全(quan)球(qiu)刻蝕(shi)機市場份額由三(san)家(jia)國際廠商(shang)瓜分(fen)，來(lai)自美國硅(gui)谷的泛林半(ban)導體(ti)(ti)（Lam Research）占53%，位于(yu)日(ri)本的東京電子東京電子（Tokyo Electron）占19%，同(tong)樣(yang)是美(mei)國硅谷的應用材料(liao)（Applied Materials）占18%。盡管近年來(lai)刻蝕行業的后起之秀如雨后春筍(sun)，但(dan)這三家國際(ji)巨(ju)頭(tou)仍(reng)共占全球九成以上的市場份額(e)。
總體來看，這些國際巨頭通(tong)常專注某(mou)一領域做大(da)做強，再并購整合(he)其他業(ye)務，從而(er)日積月累擁有較高的市場份額。
（1）泛林(lin)半導體
1980年華人工程師David Lam創辦了Lam Research。從公司名就可(ke)以看出，泛(fan)林具有與生(sheng)俱來(lai)的研發基(ji)因。憑借對最(zui)先進技(ji)術和產(chan)品的單純追求，泛(fan)林在創辦第二年就推出了第一(yi)款刻蝕機產(chan)品——AutoEtch；第四(si)年便(bian)在納斯達克(ke)IPO上(shang)市。
但“巨大的成功”也讓公(gong)司過(guo)早地走(zou)向了多樣化的道路。在90年代，泛林將業務拓展至CVD和FPD（顯(xian)示面(mian)板）領(ling)域。這并(bing)沒有讓公司(si)(si)做大做強，反而分散了公司(si)(si)的(de)業(ye)務焦點。泛林的(de)市值從1995年的30億美(mei)金(jin)跌到(dao)了1998年的4.5億美金。
痛定(ding)思痛！1998年后，泛林將重心(xin)重新(xin)放在了刻蝕(shi)設備(bei)優勢的夯(hang)實上，同時兼顧(gu)多產品的研發，最終逐(zhu)步(bu)走出陰霾。2007年以后，公司在刻蝕領域的地位無可(ke)撼動，這才重新將業(ye)務(wu)拓展至清洗(xi)和CVD等領域。2019年(nian)泛林全年(nian)營(ying)收(shou)約95億美元。
（2）應用材(cai)料
同樣位于美國(guo)硅谷的應用(yong)材(cai)料也具(ju)有(you)極強(qiang)的研(yan)發能力。官方資料顯示，應用(yong)材(cai)料每(mei)年在研(yan)發上(shang)投入20億美(mei)元(yuan)，團隊成員中30%為專業研發人員(yuan)，平均每天（包括星期六和星期日(ri)）要申請(qing)四(si)個以上的新專利(li)。
作(zuo)為半導體設備領(ling)域的老大哥，應用(yong)材料在1974年通過(guo)收購企(qi)業(ye)，將業(ye)務拓展至硅片制(zhi)造(zao)領域后，也經歷了連續三年虧損的“滑鐵(tie)盧(lu)”。 所(suo)幸1977年新上任的 CEO 決定出售硅片業(ye)務，專注(zhu)半(ban)導體(ti)設(she)備的(de)研發，公司(si)才重回增長軌道。直到(dao)90 年代以后(hou)，應(ying)用材料通(tong)過一些列(lie)收購將業務擴(kuo)展(zhan)至量測、CMP等領域，成為擁有產品線最全面(mian)的半導體(ti)(ti)設(she)備龍頭。2019年(nian)應(ying)用材料的營(ying)收為146億美元。
（3）東京電子
東(dong)京(jing)電子(zi)是日本第一家(jia)半導體(ti)制造設備(bei)廠商，最初的定(ding)位是實現國(guo)產化。雖然東(dong)京(jing)電子(zi)的成長(chang)路(lu)徑遠不(bu)(bu)如前兩(liang)家(jia)波(bo)瀾壯闊，但它們對于研發的投入絕不(bu)(bu)縮水。2018財年(nian)東京電子研發費用約1200億(yi)日元(yuan)（約合(he)80億人民幣）。
足以(yi)見得，在(zai)半導體(ti)設備行業中，相比于全平臺式布局，深耕細(xi)作的(de)策(ce)略更(geng)具成效(xiao)。因為刻蝕(shi)設備作為三大主設備之一，進入客戶產線后可擁有一定的(de)話語權，甚至更(geng)容易地影(ying)響客戶對其他設備的(de)采(cai)購。
2.中(zhong)國(guo)廠商后來居上
事實上(shang)，我國(guo)(guo)企業在入局(ju)刻蝕(shi)設(she)備(bei)之(zhi)初，一(yi)(yi)定(ding)程度上(shang)參(can)照了(le)國(guo)(guo)際巨(ju)頭的成長(chang)模式，集(ji)中力量專(zhuan)注于某一(yi)(yi)領域(yu)的研究(jiu)。目前來看，刻蝕(shi)機尤其是(shi)介質刻蝕(shi)機，是(shi)我國(guo)(guo)最具優勢的半導(dao)(dao)體設(she)備(bei)領域(yu)，也是(shi)國(guo)(guo)產替代占比(bi)最高的重要半導(dao)(dao)體設(she)備(bei)之(zhi)一(yi)(yi)。
此外，國內存儲產線的大舉興(xing)建以(yi)及“大基金”的(de)持續投入，預計刻蝕設(she)備有望率先完成國(guo)產替代。
一方面，以(yi)長(chang)江存儲、紫光集團、合肥長(chang)鑫、福建晉華(hua)等為代表的國內存儲企業(ye)正(zheng)不斷擴大(da)相關產(chan)線，在各類設(she)備(bei)采購上有大(da)量(liang)的資本支(zhi)出，并且越來越青睞于國產(chan)設(she)備(bei)。例如(ru)長(chang)江存儲在介質刻蝕機、氧化設(she)備(bei)、清洗設(she)備(bei)等都(dou)有高于15%的(de)采(cai)購比(bi)例。
另一方面，雖然“大(da)基(ji)(ji)金(jin)”一期(qi)(qi)投(tou)資(zi)(zi)相對集中(zhong)在晶圓制造（代工）、芯片(pian)設計等中(zhong)游領域(yu)，但國內主要的(de)刻蝕(shi)設備企業均得到大(da)基(ji)(ji)金(jin)一期(qi)(qi)投(tou)資(zi)(zi)，因此業界均期(qi)(qi)待大(da)基(ji)(ji)金(jin)隨后在刻蝕(shi)設備領域(yu)的(de)投(tou)資(zi)(zi)。
值得提醒的是，5nm刻蝕機的成功并不意味著國產(chan)5nm芯片可實現全(quan)面量產(chan)。因為刻蝕(shi)的前一道工序——光(guang)刻，其國(guo)產(chan)設(she)備仍然處(chu)于90 nm光刻的水平，與世界最先進的7nm制(zhi)程相(xiang)距甚遠。因此，想要打造一個全制(zhi)程國產化的(de) “中(zhong)國芯”，光(guang)刻與刻蝕(shi)工藝的(de)齊(qi)頭并進尤為重要。