芯東西（公眾號：aichip001）
作者 |
高歌
編輯 |
Panken
芯東西9月23日報道，上週，國產裝置廠商北京華卓精科科技股份有限公司成功過會。事實上，自今年6月以來，華海清科、華卓精科、拓荊科技、屹唐股份等國產裝置廠商紛紛進入上市流程，其承擔的積體電路研發專案也有所突破。而這正是下游中芯國際等廠商所期待的“及時雨”。
本月，中芯國際披露其將在上海臨港再建一座晶圓廠，該晶圓廠總投資88。7億美元，計劃產能為每月10萬片12英寸晶圓產能。上海臨港管委會為該晶圓廠專案得合資方，出資25%；中芯國際出資則不低於51%。
根據公告，中芯國際位於上海臨港的晶圓廠將提供28nm及以上技術節點的晶圓代工與技術服務。這已經是中芯國際在一年裡第三次宣佈擴產、建廠。同時臺積電、聯電、格芯等代工廠商都選擇擴張28nm產能，可見28nm製程已成為各家廠商爭奪的關鍵戰場。
但由於中芯國際被列入美國商務部的實體清單，如果想要獲得應用材料、泛林半導體等美國公司的裝置，就需要向美國政府申請出口許可證。在全球代工廠商決戰28nm之際，國產裝置廠商的快速發展或許是中芯國際被卡脖子時仍擴產28nm、爭奪市場份額的底牌之一。
一、北、深、滬連建廠，光刻機已突圍
8月份，中芯國際公佈了其2021年第二季度財報，總營收13。44億美元，其中28nm製程收入佔比達14。5%，該季度是中芯國際有史以來28nm佔比最高的季度之一。
▲中芯國際製程收入佔比變化（來源：中芯國際）
在二季度電話會議上，有分析師詢問了中芯國際28nm製程擴產的情況。中芯國際聯席執行長趙海軍承認，中芯國際的28nm節點擴產確實存在裝置“delay（延期）”的情況，正在與合作伙伴進行努力和溝通。
他也強調“辦法還是可以想的出來的”，中芯國際有第二方案的供應商。同時，按照此前的經驗，中芯國際是可以在一些節點上獲得美國政府的批文，中芯國際將努力把這種批准延續到更加先進的節點。
光刻機是半導體裝置中技術壁壘最高、難度最大，國產替代程序較慢的裝置。不過這一次中芯國際並不缺乏用於28nm產線的DUV光刻機。
儘管ASML DUV光刻機的光源及部分部件是在美國生產，然後運往荷蘭組裝，但在荷蘭生產的光刻機並不需要美國批准。如果ASML向中芯國際出口在美國生產的DUV光刻機，才需要獲得美國政府的出口許可證。
今年3月，ASML已和中芯國際將此前於2018年的DUV光刻機訂單延長至2021年12月底，訂單價值高達12億美元。短期來看，中芯國際並不會缺少用於28nm產線的DUV光刻機。
光刻機暫時不是攔路虎，但其他裝置的交付情況並不樂觀。應用材料、泛林半導體等裝置巨頭在美國生產的半導體裝置如果無法按期交付，可能會阻礙中芯國際28nm擴產進度。
中國臺灣市場調研機構TrendForce今年早些時候稱，應用材料、泛林半導體、KLA-Tencor和Axcelis等美國裝置廠商已申請了許可，但存在拒絕的可能。因此，如果上述廠商的許可被拒絕，國產替代裝置就將成為中芯國際擴產的備選方案。
二、國產裝置廠商技術水平基本已達28nm
積體電路製造流程複雜，各類裝置及零部件繁多。具體來說，晶片製造環節有熱處理/氧化/擴散、薄膜沉積、光刻、刻蝕、去膠、離子注入和CMP（化學機械拋光）等。
對應各製造環節，主要的半導體裝置有熱處理裝置、薄膜沉積裝置、塗膠顯影裝置、光刻機、刻蝕裝置、去膠裝置、離子注入裝置、CMP裝置等。隨著半導體裝置廠商逐漸登陸科創板或接受大基金支援，其研發資金有所提升，實現了多項裝置的國產替代。如今不少企業的產品已能夠用於28nm產線，部分產品甚至打入了最先進的5nm產線。
▲積體電路製造工藝流程主要裝置型別（來源：屹唐股份上會稿）
1、熱處理（氧化/擴散）裝置：多套裝置可用於28nm產線
熱處理是半導體制造工藝中的重要環節，氧化可以讓矽片表面發生化學反應，形成氧化膜；擴散則是利用熱擴散原理，將特定元素摻入矽襯底中，從而改變其電學特性。
這一工序中，北方華創、屹唐股份等廠商可以提供應用於28nm邏輯晶片產線的裝置。
北方華創是國產半導體裝置龍頭之一，其在這一製造環節有立式氧化爐、立式退火爐、立式低壓化學氣相沉積系統、立式合金爐、多功能LPCVD和臥式擴散/氧化系統等多種裝置，前4套裝置均可用於28nm及以上積體電路製造。
▲北方華創半導體裝置型別（來源：北方華創官網）
屹唐股份的實際控制人為財政審計局，此前收購了美國納斯達克上市公司Mattson Technology Inc。（MTI），其熱處理裝置最高可用於5nm邏輯晶片產線。
根據屹唐股份的招股說明書，中芯國際正是其熱處理裝置的代表客戶。
▲屹唐股份主營產品代表客戶（來源：屹唐股份上會稿）
2、薄膜生長裝置：北方華創、拓荊科技產品均可用於28nm產線
薄膜生長是指採用物理或化學的方式使物質附著於襯底材料表面，以達到絕緣或者導電的效果。
在薄膜生長環節，北方華創能夠提供化學氣相沉積裝置（CVD）、物理氣相沉積裝置（PVD）、原子層沉積裝置（ALD）等產品；拓荊科技則有等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）裝置、原子層沉積（ALD）裝置和次常壓化學氣相沉積（SACVD）裝置。
北方華創的立式低壓化學氣相沉積系統可用於28nm及以上的積體電路製造；其exiTin系列TiN金屬硬掩膜機臺可以用於12英寸55-28nm的Ti/TiN PVD工藝。目前TiN金屬硬掩膜機臺已進入國際供應鏈體系並穩定量產；此外，北方華創PEALD裝置也能夠滿足28nm產線的要求。
拓荊科技是國產半導體薄膜沉積裝置廠商，其大股東為國家積體電路基金，如今正在進行科創板上市流程。
拓荊科技的主要產品有等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）裝置、原子層沉積（ALD）裝置和次常壓化學氣相沉積（SACVD）裝置三個系列，可用於28nm/14nm邏輯晶片產線，並且可以延展至14nm及以下。
▲拓荊科技PECVD裝置（來源：拓荊科技官網）
3、光刻裝置：上海微電子產品可用於90nm製程，芯源公司塗膠顯影機可用於28nm及以上工藝節點
國內唯一的光刻機整機廠商為上海微電子，其零部件供應商有北京科益虹源、北京國望光學、長春國科精密光學、北京華卓精科、浙江啟爾機電等，產品分別為光源系統、物鏡系統、曝光光學系統、雙工件臺、浸沒系統等。
上週六，上海微電子宣佈推出新一代大視場高解析度先進封裝光刻機，該光刻機主要應用於高密度異構整合領域，具有高解析度、高套刻精度和超大曝光視場等特點。
根據上海微電子的官網，其最先進的IC前道製造光刻機型號為SSA600/20，採用ArF光源，可用於90nm製程。
根據上海微電子的官網，其最先進的IC前道製造光刻機型號為SSA600/20，採用ArF光源，可用於90nm製程。
從公開資訊來看，國產光刻機的光源、光學系統距離適配28nm產線仍有一定距離。即使193nm ArF浸沒式DUV光刻機研發完成，其單次曝光的解析度僅為38nm，如果想要應用於28nm產線仍需在曝光、光刻膠材料等方面進行改進、升級。
▲上海微電子前道IC製造光刻機（來源：上海微電子官網）
光刻裝置中，除了光刻機，塗膠顯影裝置也是重要的一環。塗膠顯影裝置將影響光刻圖案的形成，其裝置質量還將影響後續蝕刻、離子注入等流程。
在這一領域中，芯源微電子裝置有限公司是重要的國產供應商，其大部分股東為國資背景。目前，芯源公司的塗膠顯影裝置最高可用於12英寸單晶圓處理，其前道KS-FT200/300塗膠顯影機可用於28nm及以上工藝節點。
▲芯源公司前道塗膠顯影機（來源：芯源公司官網）
4、刻蝕裝置：中微公司已成全球巨頭之一，產品已用於5nm產線
刻蝕即用化學或物理方法有選擇地從矽片表面去除不需要的材料的過程，其基本目標是在塗膠的矽片上正確地複製掩模圖形。國內的主要刻蝕裝置廠商有中微公司、北方華創、屹唐股份等。
其中，中微公司已是全球半導體刻蝕裝置的5大供應商之一，其12英寸高階刻蝕裝置已用於5nm產線；3nm刻蝕機Alpha原型機的設計、製造、測試及初步的工藝開發和評估已完成。
▲中微公司2013年推出的刻蝕機，可用於26-10nm晶片製造（來源：中微源公司官網）
此外，屹唐股份的幹法刻蝕裝置可用於65nm-5nm邏輯晶片量產；北方華創的NMC612D 12英寸矽刻蝕機則主要可應用於FinFET工藝下的幹法刻蝕工藝。
5、
離子注入裝置：僅有中科信和凱世通完成部分12英寸晶圓產線驗證
離子注入則是除了擴散的另一種半導體摻雜技術，該技術透過高能量帶電離子束，將摻雜物原子強行注入半導體中。
離子注入環節的技術門檻相對較高，國產廠商市場份額較少，僅有中科信及萬業企業旗下的凱世通的產品在部分12寸晶圓產線獲得驗證透過，是否能夠幫助中芯國際擴產28nm並不明確。
▲凱世通離子注入機（來源：凱世通官網）
6、去膠裝置：屹唐股份已成全球幹法去膠龍頭，最高可用於5nm量產
經歷刻蝕後，晶圓已不需要光刻膠作為保護層，因此需要將光刻膠從矽片表面去除，幹法去膠利用等離子體將光刻膠去除，其效果較溼法去膠工藝更好。
在幹法去膠領域，屹唐股份已成為全球龍頭廠商。屹唐股份佔據了全球幹法去膠裝置市場的31。29%，是全球市場份額最多的廠商，其產品可用於90nm到5nm邏輯晶片的幹法去膠工藝。
▲全球幹法去膠裝置市場份額（來源：屹唐股份上會稿）
7、CMP裝置：華海清科機臺正在進行產線驗證
華海清科則是國內唯一一家12英寸CMP商業機型製造商，同樣是中芯國際的供應商。該公司承擔了《28-14nm拋光裝置及工藝、配套材料產業化》專案，其中“CMP拋光系統研發與整機系統整合”課題於2020年6月順利驗收。
當前華海清科的機臺產品正在做產線驗證，或將在未來進入28/14nm產線。
▲華海清科2020年前五大客戶（來源：華海清科招股書）
三、短期內仍需依賴國際巨頭
整體來看，國產裝置廠商的產品已可以應用於28nm製程產線中，甚至在部分領域達到了行業領先水平。
中芯國際28nm產線所採用的半導體裝置很多都可以由國產廠商所提供，或許這就是中芯國際在1年內連續宣佈開工3座12英寸晶圓廠的底氣，但這並不意味美國的實體清單對中芯國際沒有影響。
一方面，對華為等美國重點制裁的企業，中芯國際仍不能提供包含ASML DUV光刻機等含有美國技術的產品。另一方面，根據拓荊科技、屹唐股份等廠商的招股書，其裝置效能和應用材料、泛林半導體等國際巨頭相比仍有不足；CMP和離子注入裝置能否順利應用於28nm產線仍不確定。
2013年，中芯國際就已推出了基於應用材料、泛林半導體等廠商裝置的28nm工藝。如今，中芯國際如果將28nm產線全部替換為國產裝置，無論是產線產能、成本，還是產品良率都可能無法達到預期。這也是中芯國際仍需要應用材料、泛林半導體等外國廠商裝置的關鍵原因。
如今，在不少的28nm裝置上，國產廠商已實現了從0到1的突破。隨著這些廠商的技術和裝置逐漸成熟，28nm晶片的國產替代正越來越近，值得行業期待。
結語：28nm製程能否擴產或成中芯國際營收關鍵
從國產裝置廠商來看，中微公司、屹唐股份、華海清科等廠商都已在科創板上市或進入上市流程。這些廠商對於中芯國際來說，不僅是應用材料、泛林半導體等企業的備選方案，也是中芯國際實現國產替代、衝刺更先進製程的戰友。
隨著自動駕駛等新興技術的普及，28nm製程正成為企業營收的重要來源。臺積電、聯電等廠商都在加強對這一節點市場的爭奪。從最新的晶圓代工市場份額來看，28nm等成熟製程正成為企業毛利、營收增長的關鍵。
中芯國際如果能夠順利完成28nm產線擴張，無疑可以加強自身的市場競爭力，佔據更多的市場份額。28nm產線擴張更將有力地支援中芯國際對先進製程工藝的研發，提升國產晶片製造實力。
