1.基本原理
前道的晶圓加工包括十余道工藝，有氧化、擴(kuò)散、退火、離子注入、薄膜沉積、光刻、刻蝕、化學(xué)機(jī)械平坦化（CMP）等。其中最關(guān)鍵的三類主設(shè)備是光刻機(jī)、刻蝕機(jī)和薄膜沉積設(shè)備，價(jià)值占前道設(shè)備的近70%。
刻蝕工藝順序位于鍍膜和光刻之后。簡單來說，刻蝕機(jī)的作用就好像是雕刻中的刻刀一樣，利用光學(xué)-化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)、物理等刻蝕方法，將晶圓表面附著的不必要的材質(zhì)進(jìn)行去除，留下的就是晶圓所需要的材質(zhì)和附著在其上的光刻膠。然后再多次重復(fù)上述步驟，就可得到構(gòu)造復(fù)雜的集成電路。
按照刻蝕工藝劃分，其主要分為干法刻蝕以及濕法刻蝕。由于干法刻蝕可以實(shí)現(xiàn)各向異性刻蝕，符合現(xiàn)階段半導(dǎo)體制造的高精準(zhǔn)、高集成度的需求，因此在小尺寸的先進(jìn)工藝中，基本采用干法刻蝕工藝，導(dǎo)致干法刻蝕機(jī)在半導(dǎo)體刻蝕市場中占據(jù)絕對主流地位。
而按照被刻蝕材料劃分，可以分為硅刻蝕、介質(zhì)刻蝕以及金屬刻蝕。目前由于下游的需求場景較多，介質(zhì)刻蝕機(jī)與硅刻蝕機(jī)的市場占比較高，成為市場主流。
2.刻蝕與光刻的區(qū)別
有些對工藝不熟悉的業(yè)者，很容易將刻蝕機(jī)與光刻機(jī)混淆。事實(shí)上，這兩款設(shè)備的工序和作用完全不同。
業(yè)界有個(gè)簡單的比喻：如果把芯片比作一幅平面雕刻作品，那么光刻機(jī)是打草稿的畫筆，刻蝕機(jī)是雕刻刀，沉積的薄膜則是用來雕刻的基礎(chǔ)材料。光刻的精度直接決定了電路的走向和尺寸，而刻蝕和薄膜沉積的精度則決定了光刻的尺寸能否實(shí)際加工。
原理說來簡單，但設(shè)備的實(shí)際研發(fā)難度還是很高的。不僅因?yàn)樾酒圃旃ば蚨?、精度要求高，還因?yàn)殡娐分g是立體存在的，上下堆疊、左右間隔，而寬度也小到納米級別，其結(jié)構(gòu)放大無數(shù)倍來看比整個(gè)北京城的街道都復(fù)雜。
全球刻蝕設(shè)備的競爭格局
近年來全球刻蝕機(jī)市場規(guī)模有顯著提升。從SEMI的數(shù)據(jù)來看（圖1），2016年以來全球刻蝕機(jī)市場持續(xù)增長，其中2018年市場規(guī)模已經(jīng)超過百億美元，達(dá)到103億美元，同比增長11.96%。預(yù)計(jì)2019年全球刻蝕設(shè)備市場仍會以十位數(shù)以上的同比增速發(fā)展。
刻蝕設(shè)備市場規(guī)模顯著提升的原因有多方面，其中最關(guān)鍵的兩點(diǎn)：一是全球半導(dǎo)體產(chǎn)線資本開支提升，尤其是中國近年來建設(shè)大量晶圓廠以及存儲產(chǎn)線，帶來大量刻蝕機(jī)需求；二是由于晶圓代工以及存儲產(chǎn)線工藝優(yōu)化，帶來刻蝕工藝需求的持續(xù)提升，進(jìn)而對刻蝕機(jī)本身需求增長。
市場的強(qiáng)健增長，自然會吸引不少廠商來分一杯羹。但事實(shí)上，刻蝕機(jī)與大多數(shù)半導(dǎo)體設(shè)備一樣，一直以來就是一個(gè)高度集中的行業(yè)，市場高度壟斷。
1.國際巨頭的成長路徑
根據(jù)預(yù)測，2019年全球刻蝕機(jī)市場份額由三家國際廠商瓜分，來自美國硅谷的泛林半導(dǎo)體（Lam Research）占53%，位于日本的東京電子?xùn)|京電子（Tokyo Electron）占19%，同樣是美國硅谷的應(yīng)用材料（Applied Materials）占18%。盡管近年來刻蝕行業(yè)的后起之秀如雨后春筍，但這三家國際巨頭仍共占全球九成以上的市場份額。
總體來看，這些國際巨頭通常專注某一領(lǐng)域做大做強(qiáng)，再并購整合其他業(yè)務(wù)，從而日積月累擁有較高的市場份額。
（1）泛林半導(dǎo)體
1980年華人工程師David Lam創(chuàng)辦了Lam Research。從公司名就可以看出，泛林具有與生俱來的研發(fā)基因。憑借對最先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品的單純追求，泛林在創(chuàng)辦第二年就推出了第一款刻蝕機(jī)產(chǎn)品——AutoEtch；第四年便在納斯達(dá)克IPO上市。
但“巨大的成功”也讓公司過早地走向了多樣化的道路。在90年代，泛林將業(yè)務(wù)拓展至CVD和FPD（顯示面板）領(lǐng)域。這并沒有讓公司做大做強(qiáng)，反而分散了公司的業(yè)務(wù)焦點(diǎn)。泛林的市值從1995年的30億美金跌到了1998年的4.5億美金。
痛定思痛！1998年后，泛林將重心重新放在了刻蝕設(shè)備優(yōu)勢的夯實(shí)上，同時(shí)兼顧多產(chǎn)品的研發(fā)，最終逐步走出陰霾。2007年以后，公司在刻蝕領(lǐng)域的地位無可撼動，這才重新將業(yè)務(wù)拓展至清洗和CVD等領(lǐng)域。2019年泛林全年?duì)I收約95億美元。
（2）應(yīng)用材料
同樣位于美國硅谷的應(yīng)用材料也具有極強(qiáng)的研發(fā)能力。官方資料顯示，應(yīng)用材料每年在研發(fā)上投入20億美元，團(tuán)隊(duì)成員中30%為專業(yè)研發(fā)人員，平均每天（包括星期六和星期日）要申請四個(gè)以上的新專利。
作為半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域的老大哥，應(yīng)用材料在1974年通過收購企業(yè)，將業(yè)務(wù)拓展至硅片制造領(lǐng)域后，也經(jīng)歷了連續(xù)三年虧損的“滑鐵盧”。 所幸1977年新上任的 CEO 決定出售硅片業(yè)務(wù)，專注半導(dǎo)體設(shè)備的研發(fā)，公司才重回增長軌道。直到90 年代以后，應(yīng)用材料通過一些列收購將業(yè)務(wù)擴(kuò)展至量測、CMP等領(lǐng)域，成為擁有產(chǎn)品線最全面的半導(dǎo)體設(shè)備龍頭。2019年應(yīng)用材料的營收為146億美元。
（3）東京電子
東京電子是日本第一家半導(dǎo)體制造設(shè)備廠商，最初的定位是實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。雖然東京電子的成長路徑遠(yuǎn)不如前兩家波瀾壯闊，但它們對于研發(fā)的投入絕不縮水。2018財(cái)年東京電子研發(fā)費(fèi)用約1200億日元（約合80億人民幣）。
足以見得，在半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)中，相比于全平臺式布局，深耕細(xì)作的策略更具成效。因?yàn)榭涛g設(shè)備作為三大主設(shè)備之一，進(jìn)入客戶產(chǎn)線后可擁有一定的話語權(quán)，甚至更容易地影響客戶對其他設(shè)備的采購。
2.中國廠商后來居上
事實(shí)上，我國企業(yè)在入局刻蝕設(shè)備之初，一定程度上參照了國際巨頭的成長模式，集中力量專注于某一領(lǐng)域的研究。目前來看，刻蝕機(jī)尤其是介質(zhì)刻蝕機(jī)，是我國最具優(yōu)勢的半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，也是國產(chǎn)替代占比最高的重要半導(dǎo)體設(shè)備之一。
此外，國內(nèi)存儲產(chǎn)線的大舉興建以及“大基金”的持續(xù)投入，預(yù)計(jì)刻蝕設(shè)備有望率先完成國產(chǎn)替代。
一方面，以長江存儲、紫光集團(tuán)、合肥長鑫、福建晉華等為代表的國內(nèi)存儲企業(yè)正不斷擴(kuò)大相關(guān)產(chǎn)線，在各類設(shè)備采購上有大量的資本支出，并且越來越青睞于國產(chǎn)設(shè)備。例如長江存儲在介質(zhì)刻蝕機(jī)、氧化設(shè)備、清洗設(shè)備等都有高于15%的采購比例。
另一方面，雖然“大基金”一期投資相對集中在晶圓制造（代工）、芯片設(shè)計(jì)等中游領(lǐng)域，但國內(nèi)主要的刻蝕設(shè)備企業(yè)均得到大基金一期投資，因此業(yè)界均期待大基金隨后在刻蝕設(shè)備領(lǐng)域的投資。
值得提醒的是，5nm刻蝕機(jī)的成功并不意味著國產(chǎn)5nm芯片可實(shí)現(xiàn)全面量產(chǎn)。因?yàn)榭涛g的前一道工序——光刻，其國產(chǎn)設(shè)備仍然處于90 nm光刻的水平，與世界最先進(jìn)的7nm制程相距甚遠(yuǎn)。因此，想要打造一個(gè)全制程國產(chǎn)化的 “中國芯”，光刻與刻蝕工藝的齊頭并進(jìn)尤為重要。