〈分析〉中國晶圓代工設備 蝕刻機一支獨秀

中國晶圓代工設備解析,蝕刻機最亮眼(圖片:AFP)
中國晶圓代工設備解析,蝕刻機最亮眼(圖片:AFP)

在整個半導體產業鏈中,中國投入最多資金的就屬晶圓代工部份。具體來說,晶圓代工就是在矽晶圓上製作電路與電子元件,這個步驟為整個半導體產業鏈中技術最複雜,且資金投入最多的領域。

以處理器為例,其所需處理步驟可達數百道,且各類加工機台先進又昂貴,動輒數千萬美元起跳。而一個成熟的晶圓代工廠其設備投入占總設備比重在 70%~80% 之間。

(資料來源: 招商證券) 晶圓製造中各設備價值比重
(資料來源: 招商證券) 晶圓製造中各設備價值比重

從晶圓製造來看,主要工序流程可分為氧化 – 光刻 – 刻蝕 – 拋光 – 離子植入 – 沉積 – 金屬化 - 測試。

氧化:其目的在於生成二氧化矽薄膜。用矽作為半導體原材料的重要因素之一就是矽容易生長出二氧化矽膜層,這樣在半導體上結合一層絕緣材料,就可用做摻雜阻擋層、表面絕緣層,及元件中的絕緣部分。

氣化爐市場主要以國際大廠為主,如 Themco、Centrotherm Thermal Solutions 等。而中國也有北方華創供應相關設備,目前中芯、華力微電子、長江存儲等廠商已採用。此外,中電科 48 所、青島旭光等在氧化爐方面也取得重大進展。市場預估氧化爐今明兩年中國需求共約 20 億美元

光刻:為整個晶圓代工流程中最重要的工序之一。其原理是在晶圓片表面覆蓋一層具有高度光敏感性光阻劑,再用光線透過掩模照射在晶圓片表面,被光線照射到的光阻劑會發生反應,最終達到電路圖的移轉。

目前全球光刻機龍頭為 ASML,此外,德國 SUSS、日本尼康、美國 Ultratech 等也具備較強實力。中國方面則有不少光刻機製造廠,如上海微電子、中電科 45 所、中電科 48 所等,但主要技術在 65nm~28nm 間,與國際大廠實力相差一大段。市場預估今明兩年中國光刻機需求分別達 38 億美元與 51 億美元

刻蝕:就是通過光阻劑暴露區域來去掉晶圓最表層的工藝。主要分為兩大類:濕式刻蝕和乾式刻蝕。簡單區分,濕式刻蝕局限在 2 微米以上圖形尺寸,而乾式刻蝕則用在精細的先進電路中。

刻蝕機目前國際上主要的供應商為應用材料、Lam Research 等。中國方面技術有慢慢追上的趨勢,即將登錄科創板的中微半導體,其自主研發的 5nm 等離子體刻蝕機經台積電 (2330-TW) 驗證,將用於全球首條 5nm 製程生產線。而北方華創則是在 14nm 技術有所突破。市場預估今明兩年中國刻蝕機需求分別達 15 億美元與 20 億美元

抛光:可以使晶圓表面達到全面性的平坦化,以利後續薄膜沉積工序。美國應用材料、Rtec 等均為國際上主要供應商,中國則有中電科裝備、盛美半導體等。但陸廠的產品才剛打入 8 寸晶圓廠中,12 寸的相關設備還在研發,明顯與國際大廠有實力上的差距。市場預計今明兩年中國拋光機需求將達 3.77 億美元與 5.11 億美元

離子植入:其是用來控制半導體中雜質量的關鍵程序,對半導體表面附近區域進行摻雜技術。優點在於雜質量的精確控制,雜質分佈的再重整,及低溫下操作。

離子植入機主要的供廠商為 AMAT,中國部份只有中電科電子裝備公司能供應。市場預計今明兩年中國離子植入機需求可達 5 億美元與 7 億美元

沉積:PVD 沉積為一種物理製程,此技術一般使用氬等惰性氣體,藉由在高真空中將氬離子以加速撞擊濺鍍靶材後,將靶材原子一個個濺擊出來,使被濺擊 出來的材質沉積在晶圓表面。

薄膜沉積設備主要的供應商包含應用材料、Vaportech、Lam Research、ASM、 Tokki 等。而中國相關設備製造廠有北方華創、瀋陽拓荊等。北方華創是中國薄膜沉積設備龍頭,目前技術已達到 14nm。市場預計今明兩年中國薄膜沉積設備需求可達 15 億美元與 20 億美元

測試:在晶圓完成製造之前,會有一道晶圓中測工序。在測試過程中,會檢測每一個晶片的電路功能。

晶圓中測檢測設備包括 CDSEM(掃描電鏡)、AOI(自動光學檢測機)等。中國在這領域只是起步階段,該產業主要由國際大廠所把持,如 KLA-Tencor、應用材料、Hitachi、Rudolph、Camtek 等。

從上述可看出,各晶圓製造設備中以光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備的產值最大,生產難度也最高。除了刻蝕機,中微半導體順利成為台積電 (2330-TW) 供應名單的一員外,光刻機與薄膜沉積等等的半導體設備,中國廠技術離國際大廠還有一段差距,且短期仍不易追近。


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