全球仅美日大厂掌握，芯片制造的尖端设备，中国蚀刻机的破局之路

开篇提醒：本期的支线将从芯片制造的整个流程中，重点带出“蚀刻步骤”中的尖端设备——蚀刻机，然后主线将从全球蚀刻机的市场形势，拉回到国产蚀刻机的现状和进度，弄清楚新生的中国蚀刻机企业，是如何突破美日老牌蚀刻大厂的技术围堵。“蚀刻机不是光刻机、蚀刻机不是光刻机、蚀刻机不是光刻机，重要的事情说三遍。

纵观整个芯片半导体制造流程，大体可分为芯片设计、晶圆生产、芯片封装到最终的芯片测试四大步骤，而在这些工艺环节中就要用到光刻机、蚀刻机等半导体制造设备。

2019年12月，根据国际半导体产业协会SEMI的预测数据显示，2019年整年全球半导体设备市场份额为576亿美元，而配套的系统和服务售后市场超过了800亿美元。其中薄膜设备、蚀刻机、光刻机分别以20%、20%、18%的规模位居前三。可见芯片制造最为尖端、研发难度最大的光刻机并未占据主要份额，我们比较陌生的蚀刻机却是卖的最多的设备。

所以本期视频我们就要着重讲讲蚀刻机的江湖风云。

总体上看，全球生产半导体设备的高手主要集中在欧美日韩等地区，像光刻机市场盟主荷兰ASML公司，以75%的份额几乎垄断了全球市场。薄膜设备市场盟主美国应用材料，市场规模占比超40%。好，视线转回到蚀刻机市场，仍然是美国的企业科林研发，以高达45%的市场份额稳居第一，日本东京电子以26%的占比位居第二，而最终留给国产蚀刻机的市场仅仅不到5%。

老牌巨头在上千亿美元的蚀刻机市场上角逐，给新生的国产蚀刻机企业带来了不小压力，商业竞争、技术垄断、市场门槛等等，中国半导体行业面临的形势依然严峻，那么蚀刻机的地位到底有多重要？我们如今发展到了什么地步，有没有与国外大厂一较高下的实力。

结合芯片整个生产流程，我们深入了解下蚀刻的具体过程。

芯片生产流程的第一步——集成电路图的设计，这一步往往是在电脑上绘制完成，设计出的电路可以满足所需的逻辑计算功能，然后在光罩上制作出相同布局的电路，这种光罩也被称为掩膜版。接下来就是通过特定的光源光束照射光罩，将电路印刻在晶圆上，那么印刻的具体过程又是怎样的呢？

首先我们先要在晶圆表面涂上光刻胶，这种光致抗蚀剂遇到紫外光后就会溶解，所以光束通过光罩射在晶圆表面的电路图部分就会溶解，然后用溶剂将溶解的部分冲走，光刻机根据晶圆表面残留的光刻胶布局“描绘”制作出线路图，其中光刻机的曝光工序就是整个芯片流程中最难的一步，这也体现了光刻机的地位和价值。

如果说光刻机通过机身复杂的设备在晶圆上画了一幅平面画，展现了人类物理工艺的极限。那么接下来的蚀刻机则是根据这幅画，雕刻出有沟壑的3D作品，在晶圆上形成栅极和晶体管，由于使用的化学用料比较多，所以蚀刻机更偏向于化学工艺的特性。

蚀刻步骤完成后，接下来就是离子掺杂和薄膜沉积工艺，使得晶体管间可以做到导电连通和数据的传输。之后经过“晶圆针测”检测出合格的良品，便可以进行最后的切割和封装，得到一颗颗芯片，去掉不合格的废品。

如果说我们要制作7纳米制程的芯片，除了需要7纳米加工工艺的光刻机外，蚀刻机也必须具备7纳米的工艺能力。

目前国产光刻机的水平工艺仍然在28纳米开外，而全球最先进的光刻机是荷兰ASML公司，研制的7纳米级紫外EUV光刻机，可见在光刻机上我们仍有不小的差距。

但在国产蚀刻机方面，中国中微公司已经实现了28纳米到40纳米蚀刻机的量产，7纳米蚀刻机已经小批量进入到台积电的产线中，早在2017年中微率先宣布攻克了5纳米工艺的蚀刻技术，并且通过了台积电的技术验证，这比全球第二家掌握5纳米工艺技术的美国IBM公司提前了两个星期。

于2004年创立的中微半导体，是由尹志尧带领15人的研发团队联合组建的，而在此之前尹志尧博士曾就职于美国半导体大厂应用材料，团队成员也有不少在科林研发工作的经历。这个10多人的研发团队为中微的成长积攒了技术经验。

中微半导体成立后的主打产品主要是蚀刻机和MOCVD设备，其中MOCVD作为制作LED芯片的核心设备，中微已经完全打破了美国维科和德国爱思强两家企业的垄断。不仅在国内市场上中微半导体做到了全面取代，在全球市场上中微的MOCVD设备份额从零上升到了70%。

随着芯片工艺制程的提高，原来一道光刻步骤只需对应一道蚀刻，而现在一道光刻要经过多道蚀刻，才能完成晶体管及其内部结构的雕刻。所以在芯片生产线中，蚀刻机的数量比重也在不断提高，市场日益增加的需求也是新生蚀刻机企业的机会。

蚀刻机主要分为等离子蚀刻机和硅通孔蚀刻机，前者主要用于线宽小、精度要求高的芯片蚀刻，所以价格相对要高。而后者主要用于线宽大、晶圆后续步骤的封装上。中微半导体专攻的就是技术要求严格的等离子蚀刻机，机身整体国产率已经超过70%。

在技术层面上，中微半导体研发的高精度蚀刻机已经接近全球高端水平，但相较于科林研发和东京电子等老牌供应商，作为中国蚀刻机龙头的中微，在企业的市场发展上仍有近20年的距离，这种距离主要体现在应用方面和市场占有率上。刚刚掌握高端蚀刻技术的中微，需要一定的时间周期来验证产品，相比于老牌企业稳定的客户关系，市场的拓展也是其必须经历的过程。

正如4月份尹志尧在去年的业绩说明会上，回答投资者时说道：国外不同地区的客户，接受中国设备的门槛很高，我们还需要足够的耐心来提高市场的占有率。