半导体行业深度报告（六）：刻蚀机，技术追赶步履不停，国产替代空间充裕

[Table_NewTitle刻蚀机：技术追赶步履不停，国产替代空间充裕——半导体行业深度报告（六） 超配 Table_Authors]证券分析师方霁S0630523060001fangji@longone.com.cn 投资要点： 刻蚀工艺是半导体加工的核心环节之一，多种技术途径各有优缺点，并行发展，先进芯片制造工艺对刻蚀设备的性能和数量上的要求均有提升。薄膜沉积、光刻和刻蚀是半导体制造的三大核心工艺。刻蚀是一种通过物理或化学的方法，有选择地去除部分薄膜层，从而在薄膜上得到所需图形的手段。当前，干法刻蚀占据市场规模的90%左右，因其能保证细小图形转移后的高保真性，在图形转移中占据主导地位。湿法刻蚀因其成本、速度的优势，多用于特殊材料层的去除和残留物的清洗，以及制造光学器件和MEMS等领域。CCP和CP是常见的干法刻蚀技术，在介质刻蚀、金属刻蚀、硅刻蚀等应用领域各有千秋，另有ALE这一新兴刻蚀方法，在先进制程上具备优势。随着逻辑芯片制程不断减小、3D NAND存储芯片堆叠层数不断增加，晶圆加工行业对刻蚀设备的数量与性能需求也不断增加。 国内晶圆厂扩产劲头不停，中国大陆刻蚀设备需求有望逆势扩张，关注存储与龙头代工厂扩产带来的设备机遇。据华经产业研究院统计，刻蚀设备市场规模在各类半导体设备中增速最高，20112021年年复合增长率达16.39%，2022年中国刻蚀设备市场规模为375.28亿元，预计2023年有望达到500亿元。在全球晶圆代工增速放缓背景下，中国大陆晶圆厂有望实现逆势扩张，且12英寸产能增幅较大。根据全球半导体观察不完全统计，中国大陆当前12英寸晶圆加工产能为160.7万片月，仅占总目标产能的37.65%，为刻蚀设备的需求留出空间。中芯国际、华虹公司均于三季度宣布扩产计划，体现强劲信心。TrendForce数据显示，20232027年全球晶圆代工成熟制程（28nm及以上）及先进制程（16nm及以下）产能比重大约维持在7:3，短期内国内晶圆代工对刻蚀设备需求增长更多体现在成熟制程相关产品。 table_product]相关研究 1抛光钻孔千回检，先进工艺技术带来CMP抛光材料新增长空间——半导体行业深度报告（五） 2.MCU：汽车+工控+loT三大驱动力助推，国产替代前景广阔——半导体行业深度报告（四）3新能源打开IGBT天花板，新产能蓄力国产企业新台阶——半导体行业深度报告（三）4存储市场柳暗花明，国产替代未艾方兴——半导体行业深度报告（二）5入空驭气奔如电，电子气体国产进程有望加速——半导体行业深度报告（一） 刻蚀市场由海外巨头寡头垄断，我国刻蚀设备国产化率约为20%，国产替代空间广阔，先进制程设备研发进展值得长期关注。Gartner数据显示，2020年刻蚀行业三大龙头LamResearch（LRCX）、东京电子(TEL)及应用材料（AMAT）共占据全球90.24%。据智研咨询统计，现阶段中国刻蚀设备国产化率约在20%左右。刻蚀设备的研发设计需要超前于芯片生产，要求持续的研发投入和产业生态支持。我国刻蚀设备企业相对创立较晚，面对海外寡头厂商的技术、经验、资源积累，仍有一定的追赶空间。中国等离子刻蚀设备已打破海外垄断，部分设备达到国际先进水平，具备一定的国际竞争力，中微公司已有产品进入台积电5nm生产线。目前，我国刻蚀设备的研发已进入对先进制程前沿领域。 建议关注刻蚀设备赛道优质标的。（1）中微公司：国产刻蚀设备先进制程领导者。中国半导体刻蚀、MOCVD设备龙头，客户覆盖海内外知名厂商，其产品覆盖了半导体集成电路制造、先进封装、LED生产、MEMS制造等领域。公司CCP刻蚀设备已应用于台积电5nm生产线。在3D NAND芯片制造环节，公司的等离子体刻蚀设备可应用于64层和128层的量产。（2）北方华创：半导体加工一体化方案供应商。通过内生研发与外延并购，公司业务版图不断扩展。目前，公司主营半导体装备、真空装备及锂电装备，以及精密元器件业务，半导体设备收入占比77.99%。在刻蚀设备领域，公司产品覆盖硅刻蚀、金属刻蚀、介质刻蚀。公司尤其在国产ICP刻蚀技术方面具备领先地位；应用于集成电路领域的硅刻蚀机已突破14nm技术，进入主流芯片代工厂。 风险提示：1）国产替代进展不及预期；2）下游需求不及预期；3）供应链风险。 正文目录 1.半导体制造工艺发展不断对刻蚀行业提出挑战.............................5 1.1.刻蚀是半导体加工的核心环节之一..............................................................51.2.刻蚀工艺方法多样，多种技术路线并行.......................................................61.3.先进逻辑与存储芯片技术对刻蚀性能与数量均有提升................................8 2.受晶圆代工产业波动影响，需求恢复可期..................................12 2.1.半导体行业快速增长带动刻蚀设备需求.....................................................122.2.当前晶圆代工产能扩张放缓，大陆市场有望迎来升温...............................13 寡头垄断格局，国产替代空间广阔............................................16 3.1.海外龙头主导刻蚀市场..............................................................................163.2.高技术壁垒决定高行业集中度...................................................................173.3. Lam Research：专注刻蚀的海外龙头......................................................19 4.公司介绍...................................................................................22 4.1.中微公司：国产刻蚀设备先进制程领导者.................................................224.2.北方华创：半导体加工一体化方案供应商.................................................254.3.屹唐股份：关注刻蚀设备业务拓展及上市进程..........................................27 风险提示...................................................................................31 图表目录 图1集成电路的微观结构（三维示意图）....................................................................................5图2集成电路的微观结构（二维示意图）....................................................................................5图3薄膜沉积、光刻和刻蚀是半导体制造三大核心工艺...............................................................5图4刻蚀将图形从光刻胶转移到待处理的薄膜上..........................................................................5图5刻蚀设备产业图谱.................................................................................................................6图6刻蚀技术分类.........................................................................................................................7图7 ALE原理及硅刻蚀应用举例...................................................................................................8图8多重模板工艺涉及到多次刻蚀，以10nm为例......................................................................9图9不同制程集成电路所需刻蚀工艺数量（次）..........................................................................9图10单元面积越小，芯片可存储的信息越多...............................................................................9图11 2D NAND与3D NAND结构对比.........................................................................................9图12 3D NAND制造的核心环节................................................................................................10图13通道刻蚀的技术难点..........................................................................................................10图14 3D NAND中的阶梯刻蚀.....................................................................................................10图15 150k/月假定产能下不同堆叠层刻蚀设备用量占比（%）...................................................11图16不同堆叠层刻蚀工艺设备用量（相对值）.........................................................................11图17 20142021全球及中国半导体市场规模及增长（亿美元，%）..........................................12图18 20192023年中国刻蚀设备市场规模统计（亿元，%）....................................................13图19 20192025全球集成电路干法刻蚀设备市场规模（亿美元）.............................................13图20 20202026全球晶圆代工行业资本支出情况（亿美元，%）......