目前，國內(nèi)晶圓廠仍在一定程度上依賴國外半導(dǎo)體設(shè)備，但在一些細(xì)分產(chǎn)品領(lǐng)域，中國本土設(shè)備的市占率已相當(dāng)可觀。

刻蝕設(shè)備領(lǐng)域，北方華創(chuàng)和中微公司近年來取得了令人矚目的進(jìn)展。中微公司的介質(zhì)刻蝕機(jī)已進(jìn)入臺(tái)積電5nm產(chǎn)線，而北方華創(chuàng)則在ICP刻蝕方面表現(xiàn)出色，相關(guān)設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入中芯國際的產(chǎn)線驗(yàn)證階段。

8月初，被譽(yù)為 “中國刻蝕機(jī)之父”的中微公司董事長尹志堯預(yù)計(jì)，在未來幾個(gè)季度，中國本土CCP刻蝕設(shè)備市場，自給率將達(dá)到60%，ICP刻蝕設(shè)備市場，計(jì)劃以同樣快的速度占有中國本土75%的市場份額。

8月25日，據(jù)南華早報(bào)報(bào)道，尹志堯在與分析師舉行的電話會(huì)議上表示，中微半導(dǎo)體80%的限制進(jìn)口零部件可在國內(nèi)替代，明年下半年實(shí)現(xiàn)100%國產(chǎn)！

刻蝕機(jī)制造的挑戰(zhàn)與難度

如果說，刻機(jī)的工作就好像木匠用墨線在木板上畫線，而刻蝕機(jī)的工作則是木匠在木板上按照墨線的痕跡雕花。光刻決定了水平的精度，那么刻蝕就決定了垂直的精度，這兩個(gè)工藝都是在挑戰(zhàn)制造的極限。

刻蝕技術(shù)作為微電子制造中的重要環(huán)節(jié)，在集成電路、光學(xué)器件、微納加工等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

精密控制：刻蝕過程需要高度精密的控制，以確保在微納尺度下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)刻畫。因此制造過程需要嚴(yán)格控制參數(shù)、溫度、壓力等因素，以保持刻蝕的精確性；

材料選擇：刻蝕機(jī)制造要考慮不同材料的適應(yīng)性，因?yàn)椴煌牟牧蠈涛g過程的反應(yīng)各不相同。同時(shí)，材料的選擇也會(huì)影響刻蝕機(jī)的設(shè)計(jì)和材質(zhì)，需要平衡性能、耐用性以及生產(chǎn)成本；

化學(xué)反應(yīng)與物理過程：刻蝕既涉及化學(xué)反應(yīng)，也包括物理過程，如離子束刻蝕、等離子體刻蝕等。將這些復(fù)雜的反應(yīng)與過程結(jié)合在一臺(tái)設(shè)備中，要求綜合考慮不同機(jī)制的相互作用，確保刻蝕效果穩(wěn)定可控；

設(shè)備穩(wěn)定性：刻蝕過程往往需要長時(shí)間的運(yùn)行，因此設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。振動(dòng)、溫度變化、氣壓等外部因素都可能影響刻蝕的結(jié)果，因此需要設(shè)計(jì)穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)和精確的控制系統(tǒng)；

維護(hù)和保養(yǎng)：刻蝕機(jī)作為高科技設(shè)備，需要定期的維護(hù)和保養(yǎng)，以確保其長期穩(wěn)定運(yùn)行。維護(hù)人員需要具備專業(yè)知識(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備中的問題，以降低生產(chǎn)中斷的風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)等離子體產(chǎn)生和控制技術(shù)的不同，又分為電容耦合等離子體 CCP刻蝕機(jī)和電感耦合等離子體ICP刻蝕機(jī)。

目前，全球刻蝕設(shè)備市場呈現(xiàn)壟斷格局，泛林半導(dǎo)體、東京電子和應(yīng)用材料公司占據(jù)主要市場份額。其中泛林半導(dǎo)體占據(jù)46.7%的市場份額，東京電子和應(yīng)用材料分別占據(jù)26.6%和16.7%。我國刻蝕設(shè)備廠商中微公司和北方華創(chuàng)分別占1.4%和0.9%。

什么是刻蝕？

刻蝕是利用化學(xué)或者物理的方法將晶圓表面附著的不必要的材質(zhì)進(jìn)行去除的過程?？涛g工藝順序位于鍍膜和光刻之后，即在晶圓上先將用于刻畫電路的材料進(jìn)行薄膜沉積，其上沉積光刻膠。

光刻機(jī)和刻蝕機(jī)的用途，很多人不是太清楚。簡單的來說，光刻機(jī)又叫掩模對準(zhǔn)曝光機(jī)，就是用光將掩膜上的電路結(jié)構(gòu)復(fù)制到硅片上，刻蝕機(jī)很多人喜歡叫蝕刻機(jī)，這樣和光刻機(jī)就一字之差，更好的理解。刻蝕機(jī)就是把復(fù)制到硅片上的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行微雕，雕刻出溝槽和接觸點(diǎn)，好讓線路能夠放進(jìn)去，這就是刻蝕機(jī)最牛的地方。

刻蝕的材質(zhì)包括硅及硅化物、氧化硅、氮化硅、金屬及合金、光刻膠等，刻蝕按照被刻蝕材料劃分，主要分為硅刻蝕、介質(zhì)刻蝕以及金屬刻蝕，其中介質(zhì)刻蝕與硅刻蝕機(jī)占比分別為 49%和 48%，金屬刻蝕占比僅為3%。通過有針對性的對特定材質(zhì)進(jìn)行刻蝕，才能使得晶圓制造不同的步驟所制造的電路之間相互影響降至最低，使芯片產(chǎn)品具有良好的性能。

按照刻蝕工藝劃分，主要分為干法刻蝕以及濕法刻蝕，干法刻蝕主要利用反應(yīng)氣體與等離子體進(jìn)行刻蝕，濕法刻蝕工藝主要是將刻蝕材料浸泡在腐蝕液內(nèi)進(jìn)行腐蝕。目前來看，干法刻蝕在半導(dǎo)體刻蝕中占據(jù)絕對主流地位，市場占比達(dá)到95%。事實(shí)上，成為主流工藝方式是有原因的，干法刻蝕的最大優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)各向異性刻蝕，即刻蝕時(shí)可控制僅垂直方向的材料被刻蝕，而不影響橫向材料，從而保證細(xì)小圖形轉(zhuǎn)移后的保真性。濕法刻蝕由于刻蝕方向的不可控性，導(dǎo)致其在高制程很容易降低線寬寬度，甚至破壞線路本身設(shè)計(jì)，導(dǎo)致生產(chǎn)芯片品質(zhì)變差。

近年來全球刻蝕機(jī)市場規(guī)模有顯著提升，原因有二：第一，全球半導(dǎo)體產(chǎn)線資本開支提升，尤其是我國近年來建設(shè)大量晶圓廠以及存儲(chǔ)產(chǎn)線，帶來大量刻蝕機(jī)需求；第二，制程提升帶動(dòng)刻蝕機(jī)加工時(shí)長提升，對刻蝕機(jī)本身需求增長。由于光刻機(jī)在20nm 以下光刻步驟受到光波長度的限制，因此無法直接進(jìn)行光刻與刻蝕步驟，而是通過多次光刻、刻蝕生產(chǎn)出符合人們要求的更微小的結(jié)構(gòu)。


刻蝕工藝的特性

“刻蝕”工藝具有很多重要的特性。所以，在了解具體工藝之前，有必要先梳理一下刻蝕工藝的重要術(shù)語，請見下圖：

第一個(gè)關(guān)鍵術(shù)語就是“選擇比”，該參數(shù)用于衡量是否只刻蝕了想刻蝕的部分。在反應(yīng)過程中，一部分光刻膠也會(huì)被刻蝕，因此在實(shí)際的刻蝕工藝中，不可能100%只刻蝕到想移除的部分。一個(gè)高選擇比的刻蝕工藝，便是只刻蝕了該刻去的部分，并盡可能少地刻蝕到不應(yīng)該刻蝕材料的工藝。

第二個(gè)關(guān)鍵詞，就是“方向的選擇性”。顧名思義，方向的選擇性是指刻蝕的方向。該性質(zhì)可分為等向性（Isotropic）和非等向性（Anisotropic）刻蝕兩種：等向性刻蝕沒有方向選擇性, 除縱向反應(yīng)外，橫向反應(yīng)亦同時(shí)發(fā)生；非等向性刻蝕則是借助具有方向性的離子撞擊來進(jìn)行特定方向的刻蝕，形成垂直的輪廓。試想一個(gè)包裹糖果的包裝袋漏了一道口子，如果把整塊糖連包裝袋一起放入水中，一段時(shí)間后，糖果就會(huì)被溶解。可如果只向破口處照射激光，糖果就會(huì)被燒穿，形成一個(gè)洞，而不是整塊糖果被燒沒。前一現(xiàn)象就好比等向性刻蝕，而后一現(xiàn)象就如同非等向性刻蝕。

第三個(gè)關(guān)鍵詞，就是表明刻蝕快慢的“刻蝕速率（Etching Rate）”。如果其他參數(shù)不變，當(dāng)然速率越快越好，但一般沒有又快又準(zhǔn)的完美選擇。在工藝研發(fā)過程中，往往需要在準(zhǔn)確度等參數(shù)與速率間權(quán)衡。比如，為提高刻蝕的非等向性，需降低刻蝕氣體的壓力，但降壓就意味著能夠參與反應(yīng)的氣體量變少，這自然就會(huì)帶來刻蝕速率的放緩。

最后一個(gè)關(guān)鍵詞就是“均勻性”。均勻性是衡量刻蝕工藝在整片晶圓上刻蝕能力的參數(shù)，反映刻蝕的不均勻程度。刻蝕與曝光不同，它需要將整張晶圓裸露在刻蝕氣體中。該工藝在施加反應(yīng)氣體后去除副產(chǎn)物，需不斷循環(huán)物質(zhì)，因此很難做到整張晶圓的每個(gè)角落都是一模一樣。這就使晶圓不同部位出現(xiàn)了不同的刻蝕速率。


濕法刻蝕和干法刻蝕的優(yōu)缺點(diǎn)

濕法刻蝕因?yàn)槭褂靡后w速度更快，每分鐘去除的深度更大，但不會(huì)形成類似于直方的結(jié)構(gòu)。濕法刻蝕會(huì)均勻地刻蝕所有方向，從而導(dǎo)致橫向方向上的損耗，而對于CD小型化應(yīng)該避免這種現(xiàn)象。相反，干法刻蝕可以在某一特定方向上進(jìn)行切割，使得實(shí)現(xiàn)理想中納米（nm）級的超精細(xì)圖案輪廓。

此外，濕法刻蝕會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，因?yàn)槭褂眠^的液體溶液需在此工藝完成后進(jìn)行丟棄處理。相比之下，采用干法刻蝕時(shí)，排放管線中會(huì)布置洗滌器，這能夠在向大氣中排放廢氣之前經(jīng)過中和過程，從而減少對環(huán)境的影響。

然而，由于晶圓上方數(shù)多層復(fù)雜地纏繞在一起，所以在采用干法刻蝕過程中很難瞄準(zhǔn)某一特定的層（膜）。在針對某一特定層進(jìn)行刻蝕時(shí)，采用濕法刻蝕會(huì)更容易進(jìn)行，因?yàn)樗捎没瘜W(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕。而在進(jìn)行選擇性刻蝕時(shí)使用干法并不容易，因?yàn)樾枰Y(jié)合物理和化學(xué)技術(shù)。


選干法還是選濕法？

首先，根據(jù)芯片產(chǎn)品的制程要求，如果只有干法刻蝕能勝任刻蝕任務(wù)，選干法；如果干濕法刻蝕都能勝任的，一般選濕法，因?yàn)闈穹ㄝ^經(jīng)濟(jì)；如果想精確控制線寬或刻垂直/錐形角度，則選干法。

當(dāng)然還有一些特殊的結(jié)構(gòu)是必須要用濕法刻蝕的。比如MEMS中刻硅的倒金字塔結(jié)構(gòu)，則只能用濕法刻蝕來完成。