全球刻蚀设备市场规模从2019年约109亿美元提升至约197亿美元,复合增长率超过20%,需求扩张的根源在于制程升级与结构3D化带来的刻蚀步骤倍增:65nm节点刻蚀次数约20次,到5nm节点已增至约160次;在3D NAND中,刻蚀设备价值占比从2D NAND时代的15%升至50%。设备环节的议价能力正来自这种工艺不可替代性——晶圆厂资本开支中刻蚀机采购占比被动抬升,设备商在定价与交付条款上掌握较强主动权,成本压力沿“设备—晶圆厂—芯片”链条向下传导。
一、市场规模扩张如何推高刻蚀环节价值量
刻蚀工艺在光刻之后进行,通过光刻胶层实现选择性去除,把电路图形从光刻胶转移到待刻蚀薄膜上。随着制程缩小,需要采用多重模板工艺,刻蚀次数相应增加:65nm约20次、45nm约28次、28nm约40次、20nm约56次、14nm约64次、10nm约116次、7nm约140次、5nm约160次。芯片向3D结构发展后叠堆层数增加,晶圆厂对刻蚀机的数量和质量要求同步提高,直接驱动刻蚀环节价值量持续提升。
从设备结构看,硅刻蚀(ICP)与介质刻蚀(CCP)应用占比分别约43%和42%,因ICP单机价值更高,其市场规模明显高于CCP。
二、议价能力从何而来:工艺壁垒与格局集中
刻蚀设备市场高度集中,拉姆研究、东京电子、应用材料三家合计份额约90%,其中拉姆研究在全球市场与大陆市场占比均约50%。这种格局下,设备商议价能力主要来自两方面:一是刻蚀对象差异大——硅刻蚀直接决定芯片制程,精度要求高;介质材料氧化硅、氮化硅硬度高,需高离子能量刻蚀,两类工艺对设备能力要求截然不同;二是先进制程与3D存储对高深宽比刻蚀、大马士革刻蚀等能力提出更高门槛,短期内难以被替代。
价格传导路径由此清晰:设备成本随晶圆厂资本开支进入产线,再分摊至下游芯片制造成本。在刻蚀步骤倍增、价值占比提升的环节,设备商的报价弹性相对更强。
三、国产厂商份额提升对定价格局的影响
国产替代已取得实质进展。按SEMI估算,中微公司和北方华创在大陆市场份额分别约20%和6%。中微公司CCP设备覆盖65nm至5nm工艺,并进入台积电7nm和5nm产线;其ICP设备制程达到28nm。北方华创专注硅刻蚀与金属刻蚀,核心设备制程达到28nm,14nm工艺进入验证阶段,2020年ICP设备累计出货量超过1000台。
国产厂商份额上升,意味着下游晶圆厂在采购中多了一个可选供给方,对既有定价体系形成一定影响。但需注意,当前国产设备在用于逻辑芯片的大马士革刻蚀和用于3D存储的高深宽比刻蚀等环节仍待补强,定价与议价格局的实质变化,需以各环节验证与量产进展为准。
常见问题
刻蚀设备市场规模增长的主要驱动力是什么?
制程升级与结构3D化是核心驱动。制程越小,多重模板工艺带来的刻蚀次数越多,从65nm约20次增至5nm约160次;3D NAND中刻蚀设备价值占比升至50%。晶圆厂对刻蚀机的数量和质量要求同步提高,推动刻蚀环节价值量持续提升。
设备商的议价能力为何较强?
刻蚀设备市场集中度高,拉姆研究、东京电子、应用材料三家合计份额约90%。同时,硅刻蚀直接决定芯片制程精度,介质刻蚀需高离子能量,先进制程与3D存储对高深宽比刻蚀提出更高门槛,工艺不可替代性构成议价能力的基础。
国产厂商份额提升会如何影响定价?
中微公司和北方华创在大陆市场份额分别约20%和6%,为下游晶圆厂提供了更多可选供给。但国产设备在部分高端刻蚀环节仍待补强,定价与议价格局的实质变化,需结合后续各环节验证与量产进展观察。