湿法刻蚀在半导体刻蚀设备市场中的占比已萎缩至约10%,这意味着干法刻蚀已成为绝对主流,其增长空间远未触顶。驱动干法刻蚀市场持续扩张的核心动力来自两条技术主线:一是逻辑芯片制程微缩带来的刻蚀步骤数倍增,二是3D NAND层数增加带来的高深宽比刻蚀需求。 在这两大趋势下,刻蚀设备在晶圆厂资本开支中的价值量持续提升,市场规模保持高速增长。
制程微缩与3D化:干法刻蚀的双重引擎
湿法刻蚀之所以被干法取代,根本原因在于其溶液反应无方向性,在制程微缩时会产生钻蚀、导致制程失真。干法刻蚀(等离子体刻蚀)凭借精确的方向控制能力,成为先进制程的唯一选择。
制程微缩直接拉动了刻蚀步骤数的成倍增长。从行业数据看,每片晶圆的刻蚀次数随制程升级显著增加:65nm节点约为20次,到28nm增至40次,14nm为64次,而10nm以下则跃升至116次以上,5nm节点更高达160次。这意味着先进制程对刻蚀设备的需求量呈指数级放大。
3D NAND的层数堆叠则从另一个维度创造需求。与2D NAND相比,3D NAND制造中刻蚀设备的价值量占比从15%大幅提升至50%,成为产线中价值量最高的设备类型。高深宽比孔槽的刻蚀对设备提出了极高离子能量下的精准控制要求,这是电容性等离子体刻蚀(CCP)设备的传统强项。
市场规模与国产替代空间
在需求驱动下,全球刻蚀设备市场保持高速增长。据Gartner数据,全球刻蚀设备市场规模已从2019年的110亿美元增长至2022年的200亿美元,期间复合增长率超过20%。目前干法刻蚀的两大技术路线——电感性等离子体刻蚀(ICP)与电容性等离子体刻蚀(CCP)——应用占比分别为43%和42%,合计占据八成以上份额。
从竞争格局看,全球市场高度集中,泛林半导体、东京电子、应用材料三家合计占据约90%份额。但在中国大陆市场,国产替代已取得实质性突破:中微公司在CCP领域覆盖65nm至5nm工艺,并进入台积电供应链;北方华创在ICP(硅刻蚀)领域深耕,核心设备制程达28nm,14nm工艺处于验证阶段。 按SEMI估算,中微公司和北方华创在大陆市场的份额分别达到20%和6%,但对比龙头泛林半导体在大陆约52%的份额,国产设备仍有显著提升空间。
常见问题
干法刻蚀的市场增长是否会放缓?
短期不会。逻辑芯片制程仍在向3nm以下推进,刻蚀步骤数将继续增加;3D NAND层数也在持续堆叠,对高深宽比刻蚀设备的需求只增不减。此外,国产设备在先进制程的验证和导入仍在推进,将带来额外的增量空间。
ICP和CCP哪种技术路线更有前景?
两者各有侧重、缺一不可。ICP主要用于硅刻蚀,决定芯片制程精度,单机价值更高;CCP用于介质刻蚀,是3D NAND高深宽比刻蚀的关键。头部厂商正在互相渗透对方赛道,未来两种技术都将受益于制程升级和存储3D化。
国产干法刻蚀设备与国际龙头差距有多大?
在成熟制程(28nm及以上),国产设备已实现大规模量产并进入多家晶圆厂;在先进制程(14nm及以下),部分产品已进入验证或研发阶段。中微公司的CCP设备已覆盖5nm工艺并进入台积电产线,但整体而言,国产设备在先进制程的覆盖广度和高深宽比刻蚀等细分领域仍有差距,这也构成了国产替代的持续增长空间。