半导体＂卡脖子＂的核心技术，国产设备正在突破！

电子发烧友网报道（文/李弯弯）在芯片制造过程中，从前道到后道会涉及到上千道工序，大致会用到9大类设备，数百种不同的机台。
 
设备是半导体产业的重要环节，而一直以来不少种类的设备长期依赖进口，随着中美贸易关系越来越紧张，国家对半导体设备国产化的重视程度也在提高。
 
在市场需求的推动下，及国家政策的支持下，大基金及其他资本开始逐渐进入设备领域，企业也有足够的资金和信心加大半导体设备的研发和投入。
 
近年来，就有多家半导体设备厂商获得融资，及科创板IPO，或者正在上市的途中，整体来看，国内半导体设备在部分细分领域开始取得进展，甚至实现突破。
 
半导体设备厂商获资本投资、科创板IPO募资，产品研发、产能扩展加速

今年以来，就有多家半导体设备厂商获得资本投资，包括京创先进、鲁汶仪器、普莱信智能。同时半导体设备厂商科创板IPO也在加速，合肥芯碁前不久完成了科创板上市问询，理想晶延进入上市辅导阶段。另外，半导体专用设备厂商芯源微于2019年12月成功登陆科创板，近日公司的高端晶圆处理设备产业化项目正式开工。
 
京创先进成立于2013年，全称江苏京创先进电子科技有限公司，是一家专业从事半导体材料划切设备的企业，专注于半导体材料精密切磨领域。
 
2020年7月31日，京创先进宣布完成数千万人民币A轮融资，由毅达资本领投，老股东顺融资本、前海鹏晨投资继续加码。
 
据介绍，京创先进目前已经研发出了8、12英寸晶圆划切设备，打破了国外厂家长期垄断的局面，公司12英寸全自动划切机已经在2019年量产，2020年进入国内头部封测厂。

 
AR9000精密全自动划片机（图片来源网络）

 
半导体精密划片设备是半导体封装领域的关键设备，当前日本的Disco和TSK两家占领全球高达90%的市场份额。
 
划切机技术门槛高，尺寸越大设备越难做，比如，12英寸的划切机要求在晶圆上刀头全行程的偏差不超过32um，要达到这样的精度，除了需要深入钻研产品的各个细节，甚至连装配车间的温湿度都要精密控制。
 
而当前国内半导体后道工艺的划切设备渗透率非常低，8寸、12寸晶圆划切设备基本被国外厂商垄断，毅达资本合伙人刘晋表示，“京创先进打破了国外垄断的局面，并实现了生产应用，其技术已经非常成熟，产品线完整，并得到了国内一线客户的认可。”
 
京创先进表示，本轮融资将主要用于产品研发、产能扩充以及市场推广等方面。可以预见，在更多资金的加持下，京创先进在导体精密划片设备上将会更快取得新进展。
 
江苏鲁汶仪器有限公司成立于2015年，由比利时鲁汶仪器、中科院微电子研究所等共同注资成立，据介绍，该公司提出了ICP+IBE+PECVD多腔体刻蚀技术方案，配合公司专利技术的腔体在线清洗技术，有望解决困扰业界的磁性薄膜材料刻蚀难题，为MRAM存储器的大规模量产提供可靠、经济的刻蚀解决方案。
 
2020年4月21日，鲁汶仪器宣布完成过亿元B轮融资，本轮融资由中科创星领投，中冀资本、中域资本、祥晖资本、红星美凯龙、中杰投资等多家投资机构跟投，老股东汉唐周本轮继续追投数千万元。
 
MRAM，全称Magnetic Random Access Memory，是一种非易失性的磁性随机存储器，它拥有静态随机存储器（SRAM ）的高速读取写入能力，以及动态随机存储器（DRAM ）的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入。
 
中科创星投资总监卢小保此前谈到，“MRAM有望取代DRAM，甚至部分取代SRAM，成为通用型存储器类型。”
 
MRAM核心难点在于薄膜沉积和磁性材料刻蚀，尤其是磁阻隧道结的刻蚀，目前工业界尚不能提供理想的刻蚀解决方案，鲁汶仪器创造性的提出了多腔体刻蚀+腔体在线清洗技术，有望率先解决MRAM器件刻蚀的技术瓶颈，为MRAM存储器的规模量产提供解决方案。
 
鲁汶仪器表示本次融资资金主要设备快速研发和迭代、市场拓展备货等方面，资金的进入想必也会加速公司设备的快研发和迭代。
 
普莱信智能成立于2017年，目前产品线包括半导体后端封装设备以及高精密绕线设备。2020年3月，公司宣布完成Pre-B轮4000万人民币融资，由蓝图创投领投，老股东云启资本跟投。
 
据介绍，普莱信智能自主研发了8寸，12寸IC级固晶机，其中8寸固晶机已经在行业头部客户处试用，固晶机用于IC封装环节，而该设备长期被ASM Pacific，欧洲BESI，日本日立等公司垄断。

普莱信智能研发的固晶机（图片来自网络）

 
另外值得关注的是，普莱信智能正在跟中科院、国内LED芯片企业合作研发Mini LED巨量转移设备，Mini LED巨量转移是目前业内急需解决重点难题，普莱信智能本轮融资也将主要用于增加营运资金以及加大Mini LED巨量转移设备的研发投入。
 
芯源微是一家从事半导体专用设备的公司，产品包括光刻工序涂胶显影 设备（涂胶/显影机、喷胶机）和单片式湿法设备（清洗机、去胶机、湿法刻蚀机），可用于8/12英寸单晶圆处理（如集成电路 制造前道晶圆加工及后道先进封装环节）及6英寸及以下单晶圆处理（如化合物、MEMS、LED 芯片制造等环节）。
 
2019年12月16日，芯源微正式登陆科创板，招股书显示，公司计划募集资金约3.78亿元，将主要用于高端晶圆处理设备产业化项目及高端晶圆处理设备研发中心项目。
 
近日，公司宣布其高端晶圆处理设备产业化项目正式开工，总投资5.28亿元，据介绍，该项目将分2期建设，其中一期投资2.38亿元，项目主要用于生产高端晶圆处理设备，包括前道涂胶/显影机及前道单片式清洗机等。
 

图片来自芯源微招股书

 
据介绍，芯源微生产的前道涂胶显影设备通过在客户现场的验证与改进，在多个关键技术方面取得突破。截至目前，已陆续获得了株洲中车、青岛芯恩、上海积塔、宁波中芯、昆明京东方、厦门士兰等多个前道大客户的订单。
 
公司生产的前道 Spin Scrubber 清洗机设备已在中芯国际、上海华力等多个客户处通过工艺 验证，截至目前已获得国内多家晶圆厂商的重复订单。
 
公司生产的光刻工序涂胶显影设备与单片式湿法设备，已经从传统的先进封装领域、LED领 域拓展到MEMS、化合物、功率器件、特种工艺等领域，截至目前已累计销售 800 余台套，已作为主流机型应用于台积电、长电科技、华天科技、通富微电、晶方科技、华灿光电、乾照光电、澳洋顺昌等国内一线大厂。
 
芯源微董事长、总裁宗润福在高端晶圆处理设备产业化项目开工致辞中表示，“得益于芯源长期的技术积累和半导体行业的投资升温，芯源订单持续增长，扩产势在必行。”
 
除了京创先进、鲁汶仪器、普莱信智能、芯源微，近日合肥芯碁科已经完成科创板IPO问询，理想晶延已经进入科创板上市辅导阶段。
 
合肥芯碁专业从事以微纳直写光刻为技术核心的直接成像设备及直写光刻设备的研发、制造、销售，主要产品及服务包括 PCB 直接成像设备及自动线系统、泛半导体直写光刻设备及自动线系统、其他激光直接成像设备，产品功能涵盖微米到纳米的多领域光刻环节。
 
理想晶延成立于2013年5月，是一家以CVD（化学气相沉积）技术为核心，覆盖半导体及泛半导体领域的高端设备供应商。公司于2019年底布局半导体智能装备领域，收购了一家位于新加坡的高端半导体智能装备公司，开始积极开拓中国大陆半导体智能装备市场，并计划在国内建设半导体智能装备研发中心。
 
国内半导体设备在部分细分领域逐渐实现突破

就如文章开头所言，芯片制造从前道到后道涉及上千个环节，将会用到数百种不同的机台，如下图，前道工艺包括扩散、薄膜沉积、光刻、刻蚀、离子注入、CMP、金属化等，比如扩散会用到氧化炉、RTP设备、撤火退火设备；薄膜沉积会用到CVD设备、PVD设备、RTP设备、ALD设备、气相外延炉等；
 
光刻会用到涂胶/显影、光刻机；刻蚀会用到等离子休刻机、等离子去胶机、湿法刻蚀设备等；离子注入会用到等离子去胶机、离子注入机；CMP会用到CMP设备、刷片机；金属化会用到PVD设备、DVD设备、电镀设备等，另外整个过程中都需要检验和清洗，需要用到两测/检验及清洗设备。
 
同样，后道工艺也会涉及到诸多环节，需要用到非常多的设备。

图片来自国元证券

 
一直以来，全球半导体设备市场主要由国外厂商主导，根据 VLSI Research 统计，从2019年全球半导体设备供应商营收排名来看，全球前五大半导体设备商占据了全球58%行业营收，包括美国的应用材料、泛林集团、科磊，日本的东京电子及欧洲荷兰的阿斯麦（ASML）。

图片来自远川研究所

美国在等离子刻蚀设备、 离子注入机、外延生长系统、化学气相沉积设备、溅射设备、退火设备、镀铜设备、去胶设备、掩膜版制造设备、工艺检测设备、圆片清洗设备、部分测试设备等方面占据优势，日本在光刻机、涂胶设备、显影设备、封装及测试设备、氧化 /LPCVD 设备、等离子刻蚀设备、化学气相沉积设备、检测设备、传送装置等方面具有优势，荷兰则在高端光刻机方面居于国际领先地位。
 
近年来，随着国家对半导体产业的重视，国内半导体设备逐渐实现了从无到有、由弱到强的巨大转变，并且在一些细分领域，出现了一批优秀的企业。
 
比如，在硅单晶炉、刻蚀机、封装设备、测试设备等壁垒相对低的领域，国产设备已达到或接近国外先进水平，且成本优势明显。例如晶盛机电生产的单晶硅长晶炉，其在投料量、自动化程度和晶棒尺寸等指标方面均已处于国际领先水平；中微半导体生产的 16nm 刻蚀机实现了商业化量产，并已进入台积电 5 条生产线；北方华创生产的 CVD 设备已进入中芯国际 28nm 生产线，14nm 设备处于验证期；硅刻蚀机已突破 14nm 技术，金属刻蚀方面 14nm 技术成熟，目前已经进入8英寸主流硅晶圆厂。
 

国内主要厂商半导体设备开发进度表（图片来自国元证券）

 
可见虽然国内半导体设备与国际大厂之前还存在差距，但近年来也取得了阶段性的进展。
 
小结

除了各大民间资本陆续进入半导体设备领域，助力企业加大研发投入，项目扩产，行业人士预测，大基金二期投资也有望向半导体设备和材料领域倾斜。
 
同时随着国际产能向中国大陆转移，下游新兴应用市场给芯片带来更多的需求、对芯片提出更先进制程的要求，半导体设备也迎来更高的市场增长，SEMI预计2020年半导体设备市场会有20.7％的增长，达到719亿美。
 
可以预见，国内半导体设备产业在政策支持、国家及民间资本加持、应用市场需求增长、企业不断加大研发和产能扩张等多重因素叠加下，将会在更多细分领域取得进展、实现突破。

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