站在“新基建”浪潮上的第三代半导体产业 （下）

光刻工作原理：将芯片设计版图先制作在光掩膜板上（通常是氧化铬板），再以光掩膜版作为阻挡，对晶圆上涂覆的光刻胶进行曝光。被曝光的区域化学性质改变，通过显影去除后，设计版图即转移到被掩膜版阻挡的光刻胶上。

掩膜板的最小线宽基本上决定了芯片的关键尺寸，也就是工艺节点，因此光刻是芯片制造中最关键的设备。

光刻机行业高度集中，荷兰ASML、日本尼康和佳能三足垄断。ASML是行业霸主，在EUV和浸润式高端光刻机市场独家垄断。尼康和佳能则主要占据中低端市场。

光刻设备的核心部件主要包括光源、光学透镜组、对准系统。光源的波长越短，可达到的最小线宽分辨率越低 ，设备单价也越高。

其它提高光刻分辨率的主要技术有移相掩膜(PSM)、邻近效应修正(OPC)、驻波效应修正(SWC)、浸润式光刻(Immersion)、双重曝光(Double Patterning)、运算光刻等。

光刻胶材料必须与光源匹配，也是决定关键尺寸的非常重要的因素，一般由光刻设备厂商和光刻胶厂商合作开发。

对于GaN和SiC而言，其芯片制程没有发展到40nm以下的先进制程，因此产线对光刻设备的要求相对Si CMOS集成电路而言要低很多。

刻蚀(Etching)

刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。刻蚀的基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形。

光刻结果如果不合格，可以将光刻胶掩膜洗掉重新进行光刻，所以是可逆的，而刻蚀是不可逆的，一旦刻蚀步骤失败，整个晶圆即报废，给晶圆厂造成很大经济损失。因此刻蚀设备的工艺重复性要求极高。

资料来源：中微半导体招股书

刻蚀工艺通过刻蚀设备来实现。干法刻蚀是刻蚀制程的绝对主流，其原理是通过等离子体对材料的物理轰击激活，并同时发生化学反应，产生可挥发的产物，达到对材料的去除。

根据不同的刻蚀材料和结构，需要使用的刻蚀化学气体和物理条件有极大差异，因此刻蚀设备在生产线上也是专用程度极高，在不同材料体系之间几乎不可能复用。

资料来源：行业访谈

薄膜沉积 (Deposition)

薄膜沉积设备的作用是在基底材料上进行薄膜的沉积，这些不同材料的薄膜构与外延材料一起，构成了芯片的基本材料结构。

通常芯片的制造过程会用到几十次薄膜沉积制程，不同材料的薄膜有绝缘、导电、掩膜、发光、物理支撑等多种用途。

半导体设备行业格局和主要设备厂商

总体来看，芯片制造的绝大多数核心设备都被国外厂商垄断，具有极高的技术壁垒。2018年，前五家企业 AMAT、ASML、Lam Research、TEL、KLA市占率合计为 71%。

按照设备种类细分，每一类设备产品也被前1-4家公司寡头垄断。

关键工艺的核心设备是第三代半导体芯片发展的一个重要因素。

封装

封装是把制作集成电路之后的晶圆转变为一个个芯片成品的过程。封装厂独立于晶圆制造厂，使用标准化的工艺流程和多种专门设备。

封装测试的核心设备毛利率远高于非核心设备，目前仍被国外公司垄断。中低端封装设备国产化率较高。

对于GaN和SiC芯片，封装技术与形式与Si芯片类似。且由于不必用最先进的制程，也不需要BGA、CSP、WLP等先进封装技术。但是由于高温、高频等特性，其具体封装材料选择等方面也存在一定的技术knowhow。

（编辑：核心网）

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