刻蚀设备行业报告( 73 页)

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目录

1. 刻蚀是集成电路制造关键环节，复杂工艺构筑行业壁垒

1.1. 刻蚀是雕刻芯片的精准手术刀 ..... 10

1.2. 刻蚀方法从湿法到干法的演变 ..... 14

1.2.1. 湿法刻蚀的技术应用 ..... 14

1.2.2. 干法刻蚀技术的运用 ..... 15

1.3. 硅、金属、介质，CCP 与ICP，多种刻蚀工艺互相配合 ....... 18

1.3.1. CCP 刻蚀与ICP 刻蚀的区别 ...... 19

1.3.2. 单晶硅刻蚀 ..... 20

1.3.3. 多晶硅刻蚀 ..... 20

1.3.4. 金属刻蚀 ..... 21

1.3.5. 介质刻蚀 ..... 21

1.4. 刻蚀工艺指标复杂，难度大行业壁垒高 ..... 22

2. 扩产叠加技术迭代，刻蚀设备销量份额双攀升 ..... 24

2.1. 全球扩产拉动设备需求,刻蚀设备市场将达242 亿美元 ....... 25

2.2. 5nm 逻辑芯片制造刻蚀步骤攀升至160 次 ...... 26

2.3. 存储器制造对刻蚀设备依赖加深 ..... 31

2.3.1. DRAM 结构微缩与多层化并举 .... 32

2.3.2. NAND 制造刻蚀设备开支远超光刻 .... 33

3. 刻蚀设备零件种类复杂，美日欧掌控高价值部件 ..... 36

3.1. 刻蚀设备的主体结构 ..... 36

3.2. 前端模块（EFEM）与传输模块（TM） ....... 39

3.2.1. 晶舟（cassette）与前开式晶圆盒（foup） .... 40

3.2.2. 晶圆装载端口（Loadport）..... 40

3.2.3. 晶圆校准器(aligner) ....... 41

3.2.4. 真空机械手与大气机械手 ..... 42

3.2.5. 预抽真空传输体(Loadlock)与传输平台主体 ..... 42

3.3. 刻蚀设备的工艺模块（PM） ...... 43

3.3.1. 反应腔系统 ..... 44

3.3.2. 射频系统 ..... 45

3.3.3. 静电卡盘与电极系统 ..... 46

3.3.4. 真空压力系统 ..... 47

3.3.5. 气路系统 ..... 49

3.3.6. 终点检测系统 ..... 50

3.4. 附属设备 ..... 51

4. 市场现状 ..... 51

4.1. 海外三巨头各有专长，占据刻蚀设备多数市场 ..... 51

4.1.1. 泛林集团（LAM） ....... 52

4.1.2. 东京电子（TEL） ....... 54

4.1.3. 应用材料 (AMAT) ....... 55

4.2. 国内扩产有侧重，国产刻蚀设备历史性机遇 ..... 56

4.3. 刻蚀设备国产化率低，自主可控市场需求广阔 ..... 57

5. 建议关注 ..... 58

5.1. 国内刻蚀设备产业初具雏形 ..... 58

5.1.1. 北方华创（002371.SZ）：ICP 硅刻蚀领域先行者 ...... 58

5.1.2. 中微公司（688012.SH）：CCP 介质刻蚀领军企业 ...... 60

5.1.3. 屹唐股份：源自海外并购的刻蚀新秀 ..... 63

5.2. 刻蚀设备零件品类多，国产化比例亟待提升 ..... 64

5.2.1. 富创精密（688409.SH）：专注半导体金属零件加工 ..... 65

5.2.2. 江丰电子（300666.SZ）：跨界进入零部件领域 ..... 66

5.2.3. 新莱应材（300260.SZ）：深耕管路阀门类零件领域 ..... 67

5.2.4. 英杰电气（300820.SZ）：发力射频电源国产化 ..... 68

5.2.5. 国力股份（688103.SH）：提供射频电源关键元件 ..... 70

5.2.6. 新松机器人（300024.SZ）：产品覆盖设备前端模块 ..... 71

5.2.7. 华卓精科：静电卡盘国产化的突破先锋 ..... 72

6. 风险提示 ..... 73

图

图1. 刻蚀设备市场与上游供应链 ..... 9

图2. 半导体分类 ....... 10

图3. 芯片制造的主要步骤 ....... 11

图4. 具有多层结构的集成电路3D 效果 .... 11

图5. 具有多层结构的集成电路3D 结构图 .... 12

图6. 多重模板工艺中刻蚀步骤增加 ....... 12

图7. 刻蚀设备在半导体设备中的市场占比提升 ....... 13

图8. 3D NAND 的结构比2D NAND 更加复杂...... 13

图9. 湿法刻蚀和干法刻蚀的优缺点 ....... 14

图10. 湿法刻蚀市场规模占比较小 ..... 14

图11. 湿法刻蚀过程示意图 ..... 14

图12. 各向异性，部分各向异性，各向同性刻蚀的效果差别 ..... 16

图13. 等离子体刻蚀 ..... 16

图14. 电容性等离子体刻蚀反应腔 ..... 17

图15. 电感性等离子体刻蚀反应腔 ..... 17

图16. 反应离子刻蚀 ..... 17

图17. 离子束溅射刻蚀 ..... 18

图18. 硅，金属，介质刻蚀市场规模占比 ..... 18

图19. 多晶硅膜的等离子刻蚀 ..... 20

图20. 各向同性和各向异性 ..... 22

图21. 刻蚀偏差 ..... 23

图22. 选择比 ..... 23

图23. 负载效应 ..... 24

图24. 刻蚀后残留聚合物 ..... 24

图25. 全球半导体资本开支（十亿美元） ..... 25

图26. 全球半导体产品销售金额（十亿美元） ..... 25

图27. 干法刻蚀设备市场规模 ..... 26

图28. 工艺制程的推进与刻蚀步骤数量的变化 ..... 26

图29. 一种先进的CMOS 逻辑IC 的刻蚀工艺 ..... 27

图30. 多晶硅栅和铝金属化的CMOS 逻辑IC 的刻蚀工艺 ..... 27

图31. 浅隔离槽（STI）刻蚀结果 ....... 28

图32. FinFET 结构.... 29

图33. 平面栅结构与FinFET 结构的对比 ....... 29

图34. LELE 双重曝光技术 .... 30

图35. SADP 自对准双重图形技术 .... 30

图36. 自对准多重图形的制程演变 ..... 31

图37. DRAM 结构 ....... 31

图38. 3D NAND 结构..... 31

图39. 堆叠式DRAM .... 32

图40. 沟槽式DRAM .... 32

图41. 埋入式字线和凹栅的DRAM .... 33

图42. 3D NAND 沟通通孔与狭缝俯视结构图 ...... 34

图43. 3D NAND 侧面台阶与接触孔结构图 ...... 34

图44. 3D NAND 制造中刻蚀设备开支的变化 ..... 34

图45. 刻蚀设备在2D（左）和3D NAND（右）中的成本占比 ..... 34

图46. NAND 生产所需刻蚀设备的总体占比 .... 35

图47. 中微刻蚀设备整体结构分布图 ..... 37

图48. 典型的刻蚀设备整体结构分布图 ..... 37

图49. 较早的双腔刻蚀机结构图 ..... 38

图50. 六腔刻蚀机结构图 ..... 38

图51. 采用六腔布局刻蚀机所占空间 ..... 38

图52. 采用十二腔布局机台所占空间 ..... 38

图53. EFEM 产品图 ..... 39

图54. 前端模块与传输模块结构图 ..... 39

图55. 装载晶舟的晶圆盒 ..... 40

图56. 晶舟 ..... 40

图57. 晶圆装载端口 ..... 41

图58. 晶圆校准器 ..... 41

图59. 大气机械手 ..... 42

图60. 真空机械手 ..... 42

图61. 两种典型的传输平台 ..... 43

图62. 前端模块与传输模块运行结构图 ..... 43

图63. PM 工艺模块结构图 ...... 44

图64. 反应腔结构图 ..... 45

图65. 射频系统在刻蚀步骤中的工作原理图 ..... 45

图66. 射频匹配器 ..... 46

图67. 射频电源 ..... 46

图68. 静电卡盘工作原理示意图 ..... 46

图69. 静电卡盘 ..... 47

图70. 静电卡盘原理图 ..... 47

图71. 冷泵 ..... 47

图72. 分子泵 ..... 48

图73. 干泵 ..... 48

图74. 真空规 ..... 48

图75. 气路盒（图中标红部分） ..... 49

图76. 质量流量计 ..... 50

图77. 匀气盘 ..... 50

图78. 终点检测系统 ..... 51

图79. 2020 年各企业刻蚀设备市场占比 .... 52

图80. 2020 年半导体设备分类占比 .... 56

图81. 北方华创各类主营业务营收状况（亿元） ..... 58

图82. 中微公司各类主营业务营收状况（亿元） ..... 61

图83. 屹唐股份各类主营业务营收状况（亿元） ..... 63

图84. 富创精密公司产品 ..... 65

图85. 富创精密收入情况（亿元） ..... 65

图86. 富创精密在产品/产成品/合同负债情况（亿元） ..... 65

图87. 江丰电子的半导体零部件产品 ..... 66

图88. 江丰电子各类产品收入情况（亿元） ..... 67

图89. 江丰电子归母净利润情况（亿元） ..... 67

图90. 新莱应材公司收入情况（亿元） ..... 67

图91. 新莱应材公司利润情况（亿元） ..... 67

图92. 新莱应材公司产品 ..... 68

图93. 英杰电气各类业务收入占比 (亿元) ....... 70

图94. 国力股份各业务营业收入（百万元） ..... 71

图95. 国力股份各业务毛利率 ..... 71

表1. 湿法刻蚀化学反应方程式 ....... 15

表2. 三种干法刻蚀方法比较 ....... 18

表3. CCP 与ICP 比较.... 19

表4. 刻蚀反应的工艺指标要求 ....... 24

表5. 常见的刻蚀方法，材质，工艺对应关系 ....... 35

表6. 刻蚀设备主要零部件情况 ....... 36

表7. 终点检测发射物与对应波长 ....... 50

表8. LAM 刻蚀机产品介绍 .... 52

表9. TEL 刻蚀机产品介绍 .... 54

表10. AMAT 刻蚀机产品介绍 .... 55

表11. 2022 年1-6 月国内5 家晶圆厂设备招投标结果 .... 57

表12. 北方华创刻蚀机产品介绍 ..... 59

表13. 中微公司CCP 刻蚀机产品介绍 ..... 61

表14. 中微公司ICP 刻蚀机产品介绍 ..... 63

表15. 屹唐股份刻蚀机产品介绍 ..... 64

表16. 英杰电气射频电源产品介绍 ..... 68

表17. 国力股份公司产品及应用 ..... 70

表18. 新松机器人半导体领域产品 ..... 72

表19. 华卓精科与NTK 的静电卡盘关键指标对比 ..... 72