2018-2019年全球半导体设备市场研究报告.pptx

,2018-2019年全球半导体设备市场研究报告2018年9月5日,目录,半导体设备推荐逻辑,一、全球半导体设备市场规模及竞争格局二、全球半导体设备详细拆分及国产化率分析光刻机市场及国产化率情况刻蚀机市场及国产化率情况镀膜设备市场及国产化率情况量测设备市场及国产化率情况清洗设备市场及国产化率情况离子注入设备市场及国产化率情况其他设备市场及国产化率情况三、半导体设备核心标的推荐逻辑,半导体产业链,半导体整个产业链：设计-制造-封测芯片制造全产业链示意图 国家产业基金承诺投资产业链占比,制造牵头西南电子,泛半导体行业情况,半导体市场不同阶段需求推动力 1990s-2005，PC机、互联网时代，2010 2017-2020，移动消费市场缓慢增长+AI年后成存量市场； 市场大幅增长； 2005-2018：移动手机、社交媒体时代， 2017-2020，硅片制造设备全球需求量平2020年后成存量市场； 均为450亿美元/年； 2018-未来：人工智能、大数据时代，AI 2017+2018硅片制造设备总需求量达900,亿美元,成行业需求核心驱动力半导体市场不同阶段的核心驱动力,当前所处时代以及半导体设备市场规模,技术变迁,半导体技术变迁 尺度演变：光刻技术（1990s-2010s）、多重图案工艺（2000s-2020s）、EUV+多重图案（2010s-2020s）； 结构演变：平面结构（1990s-2010s）、FinFET结构（2010s-2020s）、Gate-All-Around结构（2020s）； 材料演变：Poly-Si，钨，铝（1990s）、钨，铜（2000s）、钨，铜，钴封装（2010s）、铜，钴，新材料（2020s）。半导体技术变迁示意图材料结构尺度,技术变迁,技术革新带来硅片制造设备资本支出大幅提升 NAND从Planar发展到3D 64层结构，制造设备支出增加60%： DRAM从25纳米发展到14-16纳米，制造设备支出增加40% ； 晶圆代工厂加工工艺从28纳米发展到7纳米，制造设备支出增加100%； LCD发展到OLED技术，制造设备支出增加425%。技术革新带来硅片制造设备资本支出大幅提升,半导体产业链设备更新,设备商每隔18-24个月推出更先进的制造设备 按照摩尔定律，每隔18-24个月集成电路的技术都要进步一代，那么相应的上游设备商也必须每隔18-24个月推出更先进的制造设备； 50多年来，光刻机的分辨率从10微米发展到目前的10纳米，整整提升了1000倍。集成电路技术演变趋势：功能多样化+尺寸微细化,半导体产业链制造工艺, 根据2017年美国加州UC Berkeley大学的理论数据，一条月产12英寸硅片，5万片的生产线，需要50台光刻机，10台大束流离子注入机，8台中束流离子注入机，40台付蚀机以及30台薄膜淀积设备等，估计各类设备的总计台(套)要超过500个。,半导体制造工艺流程 如今建设一条12英寸芯片生产线的投资已经很高，少则30-50亿美元，其中仅半导体设备的投资占70%以上。晶圆制造工艺流程图,新建产线制造资本支出,新建产线资本支出中半导体设备支出占比高达80% 新晶圆制造厂从建立到生产的周期大概为2年； 一般在第20个月的时候开始进行设备搬入安装、测试、试生产； 一条新建产线最大的资本支出来自于半导体设备，资本支出占比高达80%，厂房建设占比仅20%。,新建产线各项目时间节点规划,新建产线资本支出占比拆分,半导体产业链设备拆分,晶圆制造设备占半导体设备比例达80%，其中光刻、刻蚀、镀膜占比最高 晶圆制造设备在整个半导体制造设备中占比最大，投资占比达80%； 晶圆制造设备种，光刻机占比最高（30%），其次是刻蚀设备（20%），PVD（15%），CVD（10%），量测设备（10%），离子注入设备（5%）等。,半导体设备投资占比拆分,晶圆制造设备投资占比拆分,亿美元,半导体设备市场规摸,全球半导体设备投资额呈上升趋势 2017年半导体设备市场总销售额达到566亿美元，相较于2016年的412亿美元，同比增长了37%。2018年有望达到超过600亿美元的规模，符合增长率7.7%。全球半导体设备投资额呈上升趋势； 2016年，中国大陆市场首次超过北美和日本，半导体设备销售额达到64.6亿美元，同比增长13%，成为全球半导体设备销售第三大市场。2017年，中国大陆市场仍处于全球半导体设备销售第三大市场，以27%的增速达到了82.3亿的市场规模。,全球半导体设备投资额呈上涨趋势,全球半导体设备各地区销售市场（十亿美元）,半导体设备竞争格局,全球半导体设备市场集中度高，美日厂商技术领先 产品市场集中度高，美日技术领先，以美国应用材料、荷兰阿斯麦、美国拉姆研究、日本东京电子、美国科磊等为代表的Top10国际知名企业占据了全球集成电路装备市场的主要份额。2016年全球半导体专用设备前 10 名制造商销售规模占全球市场的 79%，前 20 名销售占比87%，前10名销售占比92%，市场集中度高。半导体设备供应商Top10市占率情况,半导体设备高度垄断,半导体制造核心设备市场高度垄断 晶圆制造核心设备为光刻机、刻蚀机、PVD和CVD，四者总和占晶圆制造设备支出的75%； 光刻机被荷兰阿斯麦和日本的尼康及佳能垄断，TOP3 市占率高达92.8%； 刻蚀机被美国的拉姆研究、应用材料及日本的东京电子垄断，TOP3 市占率高达90.5%； PVD被美国的应用材料、Evatec、Ulvac垄断，TOP3 市占率高达96.2%； CVD被美国的应用材料、东京电子、拉姆研究垄断，TOP3 市占率高达70%； PVD被美国的应用材料、Evatec、Ulvac垄断，TOP3 市占率高达96.2%； 氧化/扩散设备主要被日本的日立、东电和ASM垄断， TOP3 市占率高达94.8%。半导体制造核心设备市场Top 3市占率情况,800700600500400,设备投资金额占比,全球半导体设备投资情况：中国地区比重日益提高全球与中国集成电路设备投资规模情况 全球各地区集成电路装备投资占比,30020010002010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018E 2019E 2020E全球集成电路设备投资规模（亿美元）中国集成电路设备投资规模（亿美元） 2017-2020全球集成电路设备投资规模小幅增长，CAGR=6.2%；中国集成电路设备投资额高速增长，CAGR=44.8%。预计2018年中国集成电路设备投资全球占比将达20%，超越台湾，成为仅次于韩国的全球第二大半导体设备投资大国。,国产设备产业地位,国产半导体设备产业地位：众多核心设备缺乏自主性生产能力国产半导体设备产业地位,国产设备技术差距,国产刻蚀机设备与国际先进技术水平的差距缩短至2-3年 以02专项实施最早的硅刻蚀机为例，于2003年启动时，与国外相差20多年的差距；经过这些年的发展和国家专项的大力支持，北方华创每一代的设备推出后，差距都在缩小。2016年14nm的刻蚀机进入生产线时，技术差距基本缩小到2-3年。北方华创硅刻蚀机与国外技术差距,目录,半导体设备推荐逻辑,一、全球半导体设备市场规模及竞争格局二、全球半导体设备详细拆分及国产化率分析光刻机市场及国产化率情况刻蚀机市场及国产化率情况镀膜设备市场及国产化率情况量测设备市场及国产化率情况清洗设备市场及国产化率情况离子注入设备市场及国产化率情况其他设备市场及国产化率情况三、半导体设备核心标的推荐逻辑,光刻工艺：IC制造中的关键环节IC制作工艺流程 在半导体芯片制造过程中，光刻的主要作用就是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀工序做好准备。光刻的原理起源于印刷技术中的照相制版，它通过激光或电子束直接写在了光掩模板上，然后用激光辐照光掩模板，晶圆上的光敏物质因感光而发生材料性质的改变，通过显影，便完成了芯片从设计版图到硅片的转移。,半导体设备光刻工艺, 光刻工艺定义了半导体器件的尺寸，是,光刻分类,IC制造中的关键环节。作为芯片生产流程中最复杂、最关键的步骤，光刻工艺难度最大，耗时最长，芯片在生产过程中一般需要进行2030次光刻，耗费时间约占整个硅片工艺的4060%，成本极高，约为整个硅片制造工艺的1/3。一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序,光刻工艺,光刻工艺：IC制造中的关键环节 光刻分为正性光刻和负性光刻两种基本工艺，在,正性光刻中，光刻胶上的图形与掩模板上图形相同，在负性光刻中，光刻胶上的图形与掩模板上图形相反。光刻工艺的基本分类,光刻技术双重图案,第一层图案转移到下面的硬掩模上。然后将第二层图案与第一层图案对准并通过第二次光刻曝光和刻蚀转移到硬掩模上。最终在衬底上进行刻蚀，得到的图案密度是原始图案的两倍。,双重图案技术用来增加一倍图案密度普通光刻技术 最简单的多重图案工艺是双重图案，它将特征密度提高了两倍。最广泛采用的双图案化方案之一是双曝光/双蚀刻（LELE）。该技术将给定的图案分成两个密度较小的部分。通过在光刻工艺中曝光光刻胶，然后蚀刻硬掩模，将,双重图案技术,光刻技术多重图案,LELE期间时可能发生的掩模不对齐。,自对准的双重图案技术双重图案技术中的自对准间隔技术 自对准双重图案(SADP)技术是通过沉积和刻蚀工艺在心轴侧壁上形成的间隔物。然后通过一个额外的刻蚀步骤移除心轴，使用间隔物来定义所需的最终结构，因此特征密度增加了一倍。SADP技术主要用于FinFET技术中的鳍片形成、线的互连以及存储设备中的位线/字线的形成，其关键的优点在于避免了在,双重图案技术中的自对准间隔技术, 将SADP加倍可以得到四重图案化工艺 (SAQP)。193nm浸没式光刻的SADP可以实现20nm的半间距分辨率，但是SAQP可以实现10nm的半间距分辨率。,光刻机工作原理,光刻机工作原理图,光刻机：半导体工业皇冠上的明珠 光刻机是光刻工艺的核心设备，价值含量大、技术要求高。光刻机作为光刻环节的核心设备，也是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备，涉及精密光学、精密运动、高精度环境控制等多项先进技术，其设备投入相应最多，目前世界上最先进的ASML EUV光刻机单价达到一亿欧元。光刻机工作原理：在IC制作过程中，光束穿过掩模及镜片，经物镜补偿光学误差，将线路图曝光在带有光感涂层的硅晶圆上，然后显影在硅片上。激光器作为光源，物镜补偿光学误差，是光刻机的核心设备，光刻机物镜系统一般由近20个直径为200300mm的透镜组成。,光刻机技术变迁,光刻机技术变迁 光刻机决定了晶体管的尺寸，晶体管的尺寸对于芯片的性能具有重大意义。随着半导体产业的向前发展，不断追求着尺寸更小、速度更快、性能更强的芯片。摩尔定律提出：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。正是半导体行业对于芯片的不断追求推动了光刻机产品的不断升级与创新； 按照曝光方式，光刻机可分为直写式、接近接触式和投影式光刻三种。直写式由于曝光场太小，通常用于制作掩模板；接近接触式是指光刻胶与掩模板接触或略有缝隙，应用较广；投影式是指在掩膜板与光刻胶之间使用光学系统聚集光实现曝光，进一步提高分辨率。光刻机分类,光刻机技术变迁,光刻机技术变迁 芯片追求更快的处理速度，需要缩短晶体管内部导电沟道的长度，而光刻设备的分辨率决定了IC的最小线宽。因而，光刻机产品的升级就势必要往更小分辨率水平上发展,光刻机演进过程是随着光源改进和工艺创新而不断发展的。 根据所用光源改进和工艺创新，光刻机经历了5代产品发展，每次光源的改进都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。,光刻机技术变迁,光刻机技术变迁 1970s中期以前主要采用的是接触式光刻机，分辨率在微米级。之后发展到接近式光刻机，实现了超过3m分辨率。1986 年 ASML 首先推出步进式扫描投影光刻机，实现了光刻过程中掩模和硅片的同步移动，突破了以往硅片的静止状态，将芯片的制程和生产效率提升一个台阶。 双工作台、沉浸式光刻等新型光刻技术的创新与发展也在不断提升光刻机的工艺制程水平，双工作台使得光刻机的生产效率提升大约35%。ASML于2007年成功推出第一台浸没式光刻机，这也成为ASML全面超越尼康、佳能的关键转折点。,光刻机技术变迁,光刻机价格每4年翻一倍,光刻机浸没光刻,浸没式光刻机技术：ASML崛起的转折点 与传统光刻技术相比，浸没式光刻技术需要在光刻机投影物镜最后一个透镜下表面与硅片光刻胶之间充满高折射率的液体，以提高分辨率；目前主要有三种液体浸没方法：硅片浸没法，工作台浸没法，局部浸没法，业界多采用局部浸没法。 2010年，193nm液浸式光刻系统已能实现32nm制程产品，并在20nm以下节点发挥重要作用，浸没式光刻技术凭借展现出巨大优势，成为EUV之前能力最强且最成熟的技术。,光刻技术结构对比简图,西南电子,局部浸没法示意图西南电子,光刻机浸没光刻,一 光刻技,浸没式光刻机技术：ASML崛起的转折点 在45nm制程下ArF光刻机遇到了分辨率不足的问题，业内对下一代光刻机的发展提出了两种路线。一是开发波长更低的157nmF2准分子激光做为光源， 二是林本坚（台积电研发副总经理）提出的浸没式光刻。2002年以前，业界普遍认为193nm光刻无法延伸到65nm技术节点，而157nm将成为主流技术，但157nm光刻技术同样遭遇到了来自光刻机透镜的巨大挑战。在时代的十字路口上，TSMC提出了193nm浸入式光刻的概念，尼康、佳能则倒向了开发波长更低的光源； 随着ASML与台积电合作开发，于2007年成功推出第一台浸没式光刻机。193nm光波在水中的等效波长缩短为134nm，足可超越157nm的极限，193nm浸入式光刻的研究随即成为光刻界追逐的焦点，也宣告ASML的强势崛起。45nm制程下时代的路口术两种路线西南电子,光刻机技术变迁,EUV光刻机造价昂贵的主要原因 前四代光刻机使用都属于深紫外光，ArF已经最高可以实现22nm的芯片制程，但在摩尔定律的推动下，半导体产业对于芯片的需求已经发展到14nm，甚至是7nm。 EUV研发面临五大技术难题，这也是EUV造价昂贵的重要原因。第一，真空环境约束。EUV光刻机只能在真空下运行；第二，让射线弯曲。由于EUV 能被玻璃吸收，必须使用布拉格反射器；第三，高功率难以实现。等离子光源在反复使用过程中，需在中心焦点达到250瓦特的功率；第四，如何保护掩模板。若不使用护膜则很可能是最终良率为0；第五，EUV掩膜板和光刻胶； ASML从1999年就已开始EUV光刻机的研发工作，但由于技术与资金问题，直到2010年ASML才研发出第一台EUV原型机，比预计时间晚了十几年，也正是这一滞后使得摩尔定律的更替时间从理论上的18-24个月延长至3-4年，目前，ASML在EUV技术上具有绝对领先地位。,光刻机上下游产业链,光刻机上下游市场：供应不足，需求强劲 光刻机下游终端市场需求旺盛。目前光刻系统市场供给远远不足需求，很重要的原因在于上游原材料/部件精度不符合要求，除了来自蔡司的镜头的供应不足之外，还有设备上的芯片保护膜仍需要改进。 光刻设备厂商的下游客户主要在于存储和逻辑芯片制造商，未来存储市场需求将继续保持强劲，存储芯片尤其是DRAM价格仍然保持持续增长态势。光刻设备上下游产业链,光刻机竞争格局,光刻机全球市场竞争格局：三分天下 从全球角度来看，高精度的光刻机长期由ASML、尼康和佳能三家把持，从2011-2017历年全球光刻机出货比例可以看出，ASML，尼康，佳能三家公司几乎占据了99%的市场份额，其中ASML光刻机市场份额常年在60%以上，市场地位极其稳固。2011-2017全球光刻机出货比例 2011-2017年三大公司各品类累计出货量（台）,光刻机全球市场竞争格局：高端市场一家独大 顶级光刻机市场ASML一家独大。2011-2017年顶级光刻机累计出货量中，EUV完全由ASML垄断，出货来源达到100%，ArFi光刻机超过80%也都由ASML提供。尼康和佳能的先进制程远落后于ASML，主要市场在中低端，最大优势仅在于成本； 2017年全球晶圆制造用光刻机台出货不足300台，其中ASML共就出货198台，占全球近7成的市场。其中EUV光刻机11台，ArFi光刻机76台，ArF光刻机14台，KrF光刻机71台，i-line光刻机26台。,2011-2017年光刻机各品类累计出货量来源,2017年光刻机各品类出货量及来源（台）,光刻机竞争格局,1990s,2000s,2010s,1984,1989,ASML：高端光刻机垄断者 ASML是世界领先的半导体设备制造商之一，向全球复杂集成电路生产企业提供领先的综合性关键设备。2006年，ASML交付第一台光刻机；2007年成功推出第一台浸没式光刻机TWINSCANXT:1990i，采用折射率达到1.44的去离子水做为媒介，实现了45nm的制程工艺，并一举垄断市场。当时的另两大光刻巨头尼康、佳能主推的157nm光源干式光刻机被市场抛弃，不仅损失了巨大的人力物力，也在产品线上显著落后于ASML。ASML光刻机升级历程,分辨率套刻误差,1um250nm,500nm100nm,400 to 90nm100 to 12nm,100 to 38nm20 to 4nm,32 to 16nm2nm,PAS 5000,PAS 5500,Twinscan XT-NXT,Twinscan NXE,PAS 2000,光刻机竞争格局,ASML：高端光刻机垄断者 ASML 2018Q1实现营收22.85亿欧元，主要来自系统销售，占比73%；其中ArF浸没式设备贡献72%的营收，KrF型以14%的贡献居于第二。平均来说，ASML中高端设备单台售价超过7000万美元，高端EUV设备单台售价超过1亿美元。从Q1业务拆分情况看出，高价值的EUV销售量仅一台就贡献7%的营收，公司预计2018全年EUV收入将达到21亿欧元。从终端市场看来，主要下游市场在于存储芯片，营收12.27亿欧元，占比达53.7%，较2017年的32.8%有很大提升。,ASML 2018Q1按下游市场营收拆分（百万欧元）,ASML 2018Q1 按产品类型业务拆分,光刻机竞争格局,ASML：高端光刻机垄断者ASML 2013年以来营业收入及其增长情况 ASML2013年以来净利润及增长情况,ASML 2017Q1-2018Q1设备订单情况,ASML 2017Q1-2018Q1设备收入情况, 公司营业收入和净利润始终保持较高水平。自2016年推出EUV设备后，营收和净利润实现大幅增长； 其中系统设备尤其是光刻设备贡献在各个季度均超过60%。,光刻机竞争格局,ASML：高端光刻机垄断者 ASML在光刻设备市场具有不可撼动的霸主地位，尼康和佳能难以与之抗衡的一大重要原因在于其积极研发和开放式创新发展思路，在新品研发和工艺改进上充分发挥其网络创新优势，比佳能和尼康的“孤岛式”研发模式更具效率和灵活性。 ASML 2017年研发费用高达15亿美元，占营业收入比重为14%，远高于佳能与尼康的8%左右。,ASML 2013年以来研发支出情况,2008年以来三家公司研发占营收比重对比,光刻机竞争格局,尼康：发挥面板光刻比较优势 尼康成立于1917年，最早通过相机和光学技术发家，1980年开始半导体光刻设备研究，1986年推出第一款FPD光刻设备，如今业务线覆盖范围广泛。尼康既是半导体和面板光刻设备制造商，同时还生产护目镜，眼科检查设备，双筒望远镜，显微镜，勘测器材等健康医疗和工业度量设备； 在FPD光刻方面，尼康则可发挥其比较优势，尼康的机器范围广泛，从采用独特的多镜头投影光学系统处理大型面板到制造智能设备中的中小型面板，为全球领先的制造商提供多样化的机器。尼康主要产品及业务情况,光刻机竞争格局,尼康：发挥面板光刻比较优势 尼康FY2017营收5.25千亿日元，下降7.2%，在成像产品和精密设备（光刻设备）领域利润均有增长，经营利润达4.15百亿日元，增长123.2%，归母净利润达2.23百亿日元，增长56.7%。 由于成像产品和FPD及芯片光刻设备单位产品销售额下降，2018Q3营收下降11%，但成像产品业务高附加值产品和精密设备领域的重大技术突破带来了经营利润上涨，使得经营利润增加124%。,尼康2018 Q3营业收入结构情况（十亿日元）,尼康2018 Q3营业利润结构情况（十亿日元）,光刻机竞争格局,尼康：发挥面板光刻比较优势 尼康虽然在芯片光刻技术上远不及ASML，目前的产品还停留在ArF和KrF光源，且售价也远低于ASML，和EUV更加难以相提并论。但目前，其盈利性也很大程度上依赖光刻设备，尤其是芯片光刻设备，2017年光刻设备营收占比高达33%； 尼康研发投入持续增长，但其中对于光刻设备的投入比重却在下降。从2008年260亿日元一路下降至2017年160亿日元。,尼康FY2008以来光刻设备营收及占比,尼康FY2008以来研发支出情况,光刻机竞争格局,佳能：光电为主，光刻为辅 佳能工业设备销售业绩整体上处于上升态势，但光刻设备的比重越来越低，尽管从2016年到2018年光刻设备尤其是芯片光刻设备的销售量有显著上升，但价值量贡献却并无相同趋势； 在2017财年，其他工业设备如网络摄像头、商用打印机和三维机器视觉系统加总销售额贡献超过80%，反映出佳能在光刻设备市场上议价能力不足，深层原因还是技术精度未能达到高端市场要求，仅能通过价格优势获得销售量的提升。,佳能FY2008以来光刻设备出货量情况（台）,佳能FY2008以来光刻设备营收及占比,光刻机竞争格局,光刻机国产化进程,上海微电子：国产光刻机的星星之火 目前国内光刻机设备商较少，在技术上与国外还存在巨大差距，且大多以激光成像技术为主，在IC前道光刻设备方面，上海微电子装备（集团）股份有限公司（SMEE）代表了国内顶尖水平。 公司设备广泛于集成电路前道、先进封装、FPD面板、MEMS、LED、Power Devices等制造领域。公司的封装光刻机在国内市占率高达80%，全球市占率也可达到40%；前道制造光刻机最高可实现90nm制程，有望快速将产品延伸至65nm和45nm。上海微电子承担着多项国家重大科技专项以及02专项光刻机科研任务，有望实现国产光刻设备的重大突破。上海微电子主要设备及工艺,目录,半导体设备推荐逻辑,一、全球半导体设备市场规模及竞争格局二、全球半导体设备详细拆分及国产化率分析光刻机市场及国产化率情况刻蚀机市场及国产化率情况镀膜设备市场及国产化率情况量测设备市场及国产化率情况清洗设备市场及国产化率情况离子注入设备市场及国产化率情况其他设备市场及国产化率情况三、半导体设备核心标的推荐逻辑,随后得到与光刻胶图形相同的集成电路图形。,刻蚀设备需求增加,5nm7nm10nm14nm制程,140步110步65步,成倍增加, 由于光刻光波长限制因素，逻辑工艺从14nm、10nm走向7nm、5nm，甚至是3nm和2nm不断微缩，工艺制程越先进，刻蚀加工步骤也越多。一般而言，14nm制程需要65步等离子刻蚀加工，10nm制程增加到110步以上，到了7nm则需要140步，预计5nm刻蚀步骤将会成倍增加。因而未来刻蚀设备的市场将会取得长足的进展。 根据SEMI的预测，2017-2020年，全球将新增62座半导体晶圆厂。一个晶圆厂大概需要40-50台刻蚀机，单价在200万美元左右。因此我们预计2017-2020年，全球新增晶圆厂仅刻蚀设备就将带来50多亿美元的市场需求。,先进制程日渐复杂，刻蚀设备需求增加刻蚀步数随工艺制程变化情况 刻蚀机的工作原理是按光刻机刻出的电路结构，在硅片上进行微观雕刻，刻出沟槽或接触孔。刻蚀利用显影后的光刻胶图形作为掩模，在衬底上腐蚀掉一定深度的薄膜物质，,刻蚀设备主要分类,最主要的两类刻蚀工艺介质刻蚀和硅刻蚀 根据刻蚀原理，可分为干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀是亚微米尺寸下刻蚀器件的最重要方法，主要通过等离子体与硅片发生物理或化学反应，从而去掉曝露的表面材料。湿法刻蚀一般只是用在尺寸较大的情况下（大于3微米），主要利用液体化学试剂（如酸、碱和溶剂等）来去除硅片表面材料。 按待刻蚀材料来分，刻蚀主要分成金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。介质刻蚀是用于介质材料的刻蚀，如二氧化硅，接触孔和通孔结构的制作需要刻蚀介质。硅刻蚀（包括多晶硅）应用于需要去除硅的场合，如刻蚀多晶硅晶体管栅和硅槽电容。金属刻蚀主要是在金属层上去掉铝合金复合层，制作出互连线。介质刻蚀和硅刻蚀为最主要的刻蚀设备，两者市占率达95%。,不同刻蚀机的市场份额情况,48%,硅刻蚀,47%,金属刻蚀,3%介质刻蚀,其他,2%,刻蚀工艺主要分类,纯物理,干,法,化学,等离子,反应,刻,刻蚀,反应离,子刻蚀,刻蚀设备干法刻蚀,不同刻蚀方法,原理,优缺点,干法刻蚀的分类 干法刻蚀又可以分为离子铣刻蚀、等离子刻蚀和反应离子刻蚀。离子铣刻蚀主要用于磁泡存储器、表面波器件、集成光学器件等。等离子刻蚀一般仅用于大于45m线条的工艺中。反应离子刻蚀是超大规模集成电路工艺中很有发展前景的一种刻蚀方法。优点：各向异性程度很高，可以得到分辨率优于1微米离子铣 的线条。这种方法已在磁泡存储器、表面波器件和集成刻蚀 反应 光学器件等制造中得到应用。缺点：刻蚀选择性极差，须采用专门的刻蚀终点监测技术，且刻蚀速率也较低。西南电子优点：较好的刻蚀选择性和较高的刻蚀速率；缺点：刻蚀精度不高，一般仅用于大于45微米线条的工艺中。蚀兼顾物 优点：大大提高了刻蚀的各向异性特性。反应离理和化 子刻蚀是超大规模集成电路工艺中很有发展前景学反应 的一种刻蚀方法。,140120100806040200,160,2016,2025,全球刻蚀机设备市场规模（亿美元）,CAGR=6.6%,400350300250200150100500,450,2016,2025,全球刻蚀机设备出货量（万台）,CAGR=9.4%,全球刻蚀设备市场规模（亿美元）,全球刻蚀设备市场规模（万台）,刻蚀设备市场规模,全球刻蚀机市场规模及增长趋势 2017-2025年，按照收入计算，全球半导体刻蚀设备市场的年复合增长率为6.8%，按产量计算，从2017至2025年间年增长率为8.5%。预计到2025年收入将达到138.9亿美元，2016年度市场收入为78亿美元，2016年度半导体蚀刻设备市场规模为173.3万台，到2025年底将达到389.1万台。 按照地理测算，亚太地区的市场占有率最大。该地区的优势被归因于技术先进的便携式设备以及该地区的智能设备的出货量上升。,全球刻蚀设备竞争格局 半导体刻蚀市场的领先企业主要包括拉姆研究、东京电子、应用材料、日立。细分市场表现出一家独大的态势，Top3设备供应厂商的市占率超过90%。2008年全球半导体刻蚀市场，拉姆研究占41%的份额，东京电子占28%，应用材料占17%，日立占7%，其余公司占7%。2016年，拉姆研究的市场份额增加至52.7%，东京电子的市场份额下降至19.7%，应用材料居第三位，市场份额为18.1%。因此，拉姆研究为当之无愧的刻蚀设备龙头。,刻蚀设备竞争格局,拉姆研究, 41%,应用材料, 17%东京电子, 28%,2008年全球刻蚀设备市场份额其他,日立, 7% 7%,拉姆研究,52.7%,应用材料,18.1%东京电子,19.7%,2016年全球刻蚀设备市场份额其他,9.5%,刻蚀设备市场变迁,刻蚀机市场份额变迁-金属刻蚀逐渐萎缩，介质刻蚀份额逐渐加大 在200mm晶圆时代；介质、硅（多晶）以及金属刻蚀是刻蚀设备的三大块。进入300mm时代以后，随着铜互连的发展，金属刻蚀逐渐萎缩，介质刻蚀份额逐渐加大，目前介质刻蚀设备市场份额已经接近50%； 200mm时代介质刻蚀市场份额依次为东京电子、应用材料、拉姆研究。进入300mm时代以来，Lam由于其简单的设计、较低的设备成本，逐渐在65nm、45nm设备市场超过东京电子，占据了,大半市场。,刻蚀机市场份额变迁,电介质,互联变迁,刻蚀设备,铝,铝互连,电介质,电介质刻蚀,铜填充,电介质空隙填充铜,铜互连,由于铝的电阻率较高，导致电阻增大，越来越薄的铝线无法实现所需的速度和电性能。铜具有更,低的电阻率，且不容易发生电迁,移，具有更高的可靠性。 然而，由于铜不容易形成挥发性化合物，通过干法刻蚀并不能轻松地将其从晶片表面除去。IBM等公司借鉴大马士革珠宝制作工,艺，先沉积和刻蚀电介质材料，形成由沟槽和孔洞组成的图案，然后，将金属填充到图案中。,铝互联先铝刻蚀再进行电介质填充，铜互连先电介质刻蚀再进行铜填充铝互连刻蚀工艺 随着半导体器件的尺寸不断缩小，,铝刻蚀铜互连刻蚀工艺,刻蚀设备拉姆研究,全球刻蚀设备龙头Lam Research Lam Research目前是全球刻蚀设备市场份额最高的设备制造商，市占率高达50%以上。 Lam Research产品通过协作和利用多个领域的专业知识，持续开发新的功能，以满足结构日益复杂且尺寸不断缩小的器件的生产需求。公司目前刻蚀产品有五大系列，解决方案涵盖了晶体管、连接导线、成像、先进存储器和先进封装工艺，为先进芯片生产提供了广泛的晶圆制程能力。拉姆研究刻蚀设备分类,全球刻蚀设备龙头Lam Research 拉姆研究2018财年第四季度出货量为30.28亿美元，比第三季度31.35亿美元略有下滑，同比减少3%，主要系存储芯片出货量下降导致，存储芯片（NVM+DRAM)出货量占比由第三季度84%下降到第四季度80%； 存储为主。存储芯片在拉姆研究中的出货量占比长期在80%以上，说明在拉姆研究的产品结构中以存储芯片为绝对核心，是其营业收入及利润的主要来源。,