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

頂層設計完成后，需要晶圓加工廠根據(jù)設計圖紙對晶圓進行加工，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體設備和材料。

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

其中，光刻機名聲大噪，而刻蝕機卻顯得有些籍籍無名。

其實，光刻機與刻蝕機是需要配合使用的“兄弟機器”。

光刻機相當于畫師?！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行一定時間的照射。利用光學－化學反應原理和化學、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，電路設計圖案直接由光刻技術決定，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，形成半導體器件及其電路?？涛g工藝的方法有兩大類，濕法蝕刻和干法蝕刻。

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

半導體產(chǎn)業(yè)轉移，多元化巨頭競爭

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

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

國外刻蝕機設備廠商主要有美國的拉姆研究（Lam Research）、應用材料（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)可以實現(xiàn)7nm制程。

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

筆者認為，緊跟產(chǎn)業(yè)轉移，是海外半導體設備公司長盛不衰的重要原因。

自半導體產(chǎn)業(yè)在美國誕生以來，全球半導體產(chǎn)業(yè)總共發(fā)生過三次大規(guī)模轉移：第一次是上世紀八十年代，由美國本土向日本轉移；第二次是從上世紀九十年代開始向韓國和中國臺灣轉移；第三次是近年來向中國大陸轉移。

三次轉移中，應用材料和拉姆研究都及時調(diào)整了全球戰(zhàn)略布局，充分利用了產(chǎn)業(yè)轉移帶來的機遇。

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

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

可以發(fā)現(xiàn)，應用材料在全球市場關鍵的每一步，都踩在了全球半導體產(chǎn)業(yè)轉移的節(jié)點上，拉姆研究也是這樣。

拉姆研究1980年成立，是向世界半導體產(chǎn)業(yè)提供晶圓制造設備和服務的主要供應商之一，是目前全球第三大半導體生產(chǎn)商。拉姆研究1989年便在韓國開設了第一間辦公室，1990年在中國設立辦事機構，根據(jù)拉姆研究2018年年報披露，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，全球半導體產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷第三次大規(guī)模轉移，中國將成為下一個全球半導體產(chǎn)業(yè)聚集地。在這樣的背景下，中國的半導體產(chǎn)業(yè)將迎來無限的機遇。近幾年，國內(nèi)也涌現(xiàn)了一批先進的刻蝕設備制造企業(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年報披露，北方華創(chuàng)90－28nm集成電路工藝設備實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，14nm集成電路工藝設備進入了工藝驗證階段。

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，或將用于全球首條5nm芯片制程生產(chǎn)線。中國的刻蝕設備技術已追趕到較為領先的水平。

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

眾多專家學者表示，我國等離子刻蝕機這幾年進步確實不小，但刻蝕只是芯片制造多個環(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領域。

半導體設備有進步當然是好事，但不應該夸大其戰(zhàn)略意義，刻蝕機也不是國外對華禁售的設備，雖然國內(nèi)技術十分優(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開始。

編輯：唐鈺婷

作者：張偉超