半導(dǎo)體產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造，大致可以分為頂層設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測試三大步驟。

頂層設(shè)計(jì)完成后，需要晶圓加工廠根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對晶圓進(jìn)行加工，這一過程稱為晶圓制造。晶圓制造包含前后兩道工藝，前道工藝主要包括：擴(kuò)散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、拋光和金屬化；后道工藝主要是互聯(lián)、打線、密封等封裝工藝。

由于半導(dǎo)體產(chǎn)品制造工序繁多，所以在制造過程中需要大量的半導(dǎo)體設(shè)備和材料。

這一系列晶圓制造過程中所用設(shè)備，可分為光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉設(shè)備、CMP設(shè)備、檢測設(shè)備等。

其中，光刻機(jī)名聲大噪，而刻蝕機(jī)卻顯得有些籍籍無名。

其實(shí)，光刻機(jī)與刻蝕機(jī)是需要配合使用的“兄弟機(jī)器”。

光刻機(jī)相當(dāng)于畫師?！肮饪獭笔侵冈谕繚M光刻膠的晶圓上，蓋上事先做好的掩膜版，然后用紫外線隔著掩膜版對晶圓進(jìn)行一定時(shí)間的照射。利用光學(xué)－化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)、物理刻蝕方法，將掩膜版上的電路圖形傳遞到晶圓的表面或介質(zhì)層上，形成有效的圖形窗口或功能圖形。原理就是利用紫外線使部分光刻膠變質(zhì)，易于腐蝕。

由于在晶圓的表面上，電路設(shè)計(jì)圖案直接由光刻技術(shù)決定，因此光刻工藝也是芯片制造中最核心的環(huán)節(jié)。

而刻蝕機(jī)是雕刻家?！翱涛g”是光刻后，先用一種腐蝕液將變質(zhì)的那部分光刻膠腐蝕掉，晶圓表面就顯出半導(dǎo)體器件及其連接的圖形。然后用另一種腐蝕液對晶圓腐蝕，形成半導(dǎo)體器件及其電路。刻蝕工藝的方法有兩大類，濕法蝕刻和干法蝕刻。

由于光刻機(jī)需要把納米級精細(xì)的圖案印到晶圓上，而刻蝕機(jī)只需根據(jù)印上去的圖案刻蝕掉有圖案，或者沒有圖案的部分，所以刻蝕機(jī)的技術(shù)壁壘遠(yuǎn)低于光刻機(jī)。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，多元化巨頭競爭

設(shè)備制造難度沒有達(dá)到高不可攀的程度，這也讓刻蝕機(jī)的全球競爭更加多元化，沒有出現(xiàn)像光刻機(jī)市場一樣，只有一家寡頭壟斷的局面。

根據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，除 2008、2009 年刻蝕設(shè)備銷售額出現(xiàn)較大幅度下滑之外，2006 年至今，刻蝕設(shè)備市場規(guī)模一直在 60 億美元左右波動(dòng)。2018 年全球刻蝕設(shè)備市場規(guī)模達(dá)到新高，突破100億美元。

國外刻蝕機(jī)設(shè)備廠商主要有美國的拉姆研究（Lam Research）、應(yīng)用材料（Applied Materials）、科林研發(fā)（KLA－Tencor，2015年被拉姆收購），日本的東京電子（TEL）、日立國際（Hitach），英國的牛津儀器，且均已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)7nm制程。

其中拉姆研究、東京電子和應(yīng)用材料三家市場占比超過90％。拉姆研究更是獨(dú)占全球刻蝕設(shè)備半壁江山。

筆者認(rèn)為，緊跟產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，是海外半導(dǎo)體設(shè)備公司長盛不衰的重要原因。

自半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在美國誕生以來，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)總共發(fā)生過三次大規(guī)模轉(zhuǎn)移：第一次是上世紀(jì)八十年代，由美國本土向日本轉(zhuǎn)移；第二次是從上世紀(jì)九十年代開始向韓國和中國臺灣轉(zhuǎn)移；第三次是近年來向中國大陸轉(zhuǎn)移。

三次轉(zhuǎn)移中，應(yīng)用材料和拉姆研究都及時(shí)調(diào)整了全球戰(zhàn)略布局，充分利用了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移帶來的機(jī)遇。

應(yīng)用材料是全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備廠商。應(yīng)用材料成立于1967年的美國，是全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備公司，產(chǎn)品橫跨CVD、PVD、刻蝕、CMP、RTP等除光刻機(jī)外的幾乎所有半導(dǎo)體設(shè)備。在全球晶圓處理設(shè)備供應(yīng)商中排名第一。

1979年應(yīng)用材料就在日本設(shè)立了子公司Applied Materials Japan。1983年，應(yīng)用材料在日本的營業(yè)收入就幾乎達(dá)到了其全球總收入的三分之一。應(yīng)用材料于1985年在韓國設(shè)立辦事處，1989年在中國臺灣設(shè)立辦事處。中國臺灣營收在2004年超過北美，成為應(yīng)用材料營業(yè)額全球最高的地區(qū)。

可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用材料在全球市場關(guān)鍵的每一步，都踩在了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的節(jié)點(diǎn)上，拉姆研究也是這樣。

拉姆研究1980年成立，是向世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供晶圓制造設(shè)備和服務(wù)的主要供應(yīng)商之一，是目前全球第三大半導(dǎo)體生產(chǎn)商。拉姆研究1989年便在韓國開設(shè)了第一間辦公室，1990年在中國設(shè)立辦事機(jī)構(gòu)，根據(jù)拉姆研究2018年年報(bào)披露，中日韓三地營收占其營收總比例的80％。

國內(nèi)“刻刀”已鋒利，但突破仍需潛心鉆研

現(xiàn)在，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷第三次大規(guī)模轉(zhuǎn)移，中國將成為下一個(gè)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聚集地。在這樣的背景下，中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將迎來無限的機(jī)遇。近幾年，國內(nèi)也涌現(xiàn)了一批先進(jìn)的刻蝕設(shè)備制造企業(yè)。

北方華創(chuàng)是由七星電子和北方微電子戰(zhàn)略重組而成，是目前國內(nèi)集成電路高端工藝裝備的 龍頭企業(yè)。據(jù)其2018年報(bào)披露，北方華創(chuàng)90－28nm集成電路工藝設(shè)備實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，14nm集成電路工藝設(shè)備進(jìn)入了工藝驗(yàn)證階段。

而在科創(chuàng)板上市的中微公司，已成功自主研制5nm等離子體刻蝕機(jī)，或?qū)⒂糜谌蚴讞l5nm芯片制程生產(chǎn)線。中國的刻蝕設(shè)備技術(shù)已追趕到較為領(lǐng)先的水平。

但這并不是眾多網(wǎng)絡(luò)媒體所稱的，“中國芯片生產(chǎn)技術(shù)終于突破歐美封鎖，第一次占領(lǐng)世界制高點(diǎn)”，“中國彎道超車”等等。

眾多專家學(xué)者表示，我國等離子刻蝕機(jī)這幾年進(jìn)步確實(shí)不小，但刻蝕只是芯片制造多個(gè)環(huán)節(jié)之一，我國在大部分工序上仍然落后，尤其是在核心光刻機(jī)領(lǐng)域。

半導(dǎo)體設(shè)備有進(jìn)步當(dāng)然是好事，但不應(yīng)該夸大其戰(zhàn)略意義，刻蝕機(jī)也不是國外對華禁售的設(shè)備，雖然國內(nèi)技術(shù)十分優(yōu)秀，但從市場上來看，國內(nèi)企業(yè)與拉姆研究、東京電子和應(yīng)用材料等企業(yè)相比，國外巨頭體量優(yōu)勢明顯。

希望國產(chǎn)“刻刀”刻下這濃墨重彩的一筆僅僅是個(gè)開始。

編輯：唐鈺婷

作者：張偉超