國產刻蝕設備-北方華創篇

國產刻蝕設備-北方華創篇

來自專欄 集成電路製造工藝

國產刻蝕設備-北方華創篇

在晶圓製造的設備中，光刻機、刻蝕機（包含等離子刻蝕和濕法刻蝕）和薄膜沉積設備為最核心的三種設備。分別占整個晶圓製造環節的23%、30%、25%。

圖1 晶圓製造設備佔比

要造出先進的集成電路，需要有1000多個工藝步驟，其中，刻蝕步驟最多可達100多個。等離子體刻蝕機是在晶元上進行微觀雕刻，一台刻蝕機每年要刻百萬萬億個又細又深的接觸孔或者線條，僅以打孔為例，其直徑是一根頭髮絲的幾千分之一，加工精度、均勻性、重複性要達到幾萬分之一，一台刻蝕機每年要刻1018（百萬萬億）個又細又深的接觸孔或線條，而且合格率要達到99.99%。其挑戰極限的難度之大可想而知。有人打了這樣一個比方：從北京建一條連通上海的高鐵，其軌道的高低誤差不能超過1根頭髮絲。

另外，光刻機受光波波長的限制，不能加工15納米以下的微觀結構，就要靠等離子體刻蝕機和化學薄膜的多重模板刻蝕，加工出10納米、7納米，以至5納米的微觀結構。

等離子刻蝕設備，單價在400~500萬美元以上，一個晶圓廠需要40-50台刻蝕機，按刻蝕材料，刻蝕機主要分為硅、介質和金屬三類。行業龍頭是Lam Research、TEL和AMAT，國產刻蝕機的生產主要有兩家，中微半導體和北方華創。中微半導體的16nm刻蝕機已實現商業化量產，7-10nm刻蝕機設備已達到世界先進水平。北方華創可應用於14nm製程的硅刻蝕機也開始進入生產線驗證。

下面主要介紹一下北方華創。

一、公司介紹

北京北方華創微電子裝備有限公司（Beijing NAURA

Microelectronics Equipment Co.,Ltd.，簡稱「北方華創微電子」）的主營業務是由原七星電子的半導體裝備相關業務與原北方微電子的全部業務整合而成。

七星電子成立於2001年9月，2010年3月在深圳證券交易所上市，是國內唯一集成電路裝備上市公司，也是國家02科技重大科技專項的主要承擔單位之一，清洗機、氧化爐、LPCVD（低氣壓化學氣相沉積）、ALD（原子層沉積）和氣體質量流量控制器（MFC）等多個項目獲得了政府科研項目資助。目前，多種高端集成電路關鍵設備批量進入大生產線，取得了良好的使用效果。同時，七星電子作為國內電力電子晶元裝備、光伏電池裝備、平板顯示裝備的主要供應商，與國內外行業龍頭客戶形成了長期友好的合作關係。

北方微電子成立於2001年10月，是由北京電控集團聯合七星集團、清華大學、北京大學、中科院微電子所和中科院光電技術研究所共同出資，由國內半導體高端管理技術人才和海外專家為核心團隊創建的專註於高端集成電路裝備業務的高技術公司。公司以生產銷售高端集成電路裝備為主業，重點發展刻蝕設備（Etch）、物理氣相沉積設備（PVD）和化學氣相沉積設備（CVD）三大類設備，廣泛應用於集成電路製造、先進封裝、半導體照明(LED)、微機電系統（MEMS）等領域。北方微電子自成立以來先後得到了國家科技部「十五」863集成電路製造裝備重大項目及國家02科技重大專項的研發與產業化項目的科研資助。通過十餘年的努力耕耘，已經發展成為中國大陸具有極強競爭力的高端微電子工藝裝備製造企業，具有深厚的市場基礎和良好的客戶口碑。

重組後的北方華創微電子擁有中組部千人計劃專家10人。產品涵蓋：等離子刻蝕（Etch）、物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、氧化/擴散、清洗、退火等半導體工藝裝備；平板顯示製造裝備和氣體質量流量控制器等核心零部件。涉及集成電路、先進封裝、LED、MEMS、電力電子、平板顯示、光伏電池等半導體相關領域，產品行銷全國各地及東南亞、歐美，是國內覆蓋領域最廣、產品種類最多、建設規模最大、綜合實力最強的半導體裝備旗艦平台。

在集成電路領域，由公司自主研發的14nm等離子硅刻蝕機、單片退火系統、LPCVD已成功進入集成電路主流代工廠；28nm Hardmask PVD、Al-Pad PVD設備已率先進入國際供應鏈體系；12英寸清洗機累計流片量已突破60萬片大關；深硅刻蝕設備也於去年一舉告捷東南亞市場。這些豐碩的市場成果，標誌著中國裝備企業已經實現了集成電路裝備製造技術的里程碑式跨越。

在先進封裝領域，北方華創微電子開發的刻蝕機和PVD設備已在全球主要先進封裝企業中得到了廣泛應用。公司的先進封裝PVD機台性能優異，在全球排名前三的CIS封裝企業中穩居鰲頭；所開發的TSV刻蝕設備在大陸地區最近幾年的新增市場中亦實現了較高的市場佔有率；同時應用於Bumping製程的Descum設備於2016年一經推出便收穫了市場的積極關注……北方華創將始終緊跟市場需求，不斷提供能夠精準符合客戶需求的卓越產品與優質服務。

在LED領域，ELEDE系列刻蝕機自2010年面市以來銷售量已經超過兩百餘台，其中氮化鎵刻蝕機在2014～2016連續三年新增市場佔有率達到80%以上，出貨量全球第一；PSS刻蝕機一直是全球主流PSS廠家的首選機台，目前為止國內規模最大的中圖半導體公司已累計採購該機型近百台，對市場起到了有力的表率作用；自主開發的AlN緩衝層濺射設備，更是引領了全球LED行業技術發展趨勢，在2016年實現 AlN Sputter的全球市場佔有率第一，不僅在市場上取得了巨大成功，更是在技術上一舉打破了多年來本土設備商只能處於追隨狀態的堅冰局面！而同樣面向LED晶元製造的EPEE550系列PECVD自推向市場以來，一直保持著新增市場佔有率80%以上的市場業績，穩居市場首席。

面向目前高速增長的MEMS及新興市場，北方華創微電子的深硅刻蝕設備，已批量銷往多家科研機構及生產線，服務於微納製造、光通信、化合物半導體、功率器件等多個新興領域，客戶安裝量超過百台以上；應用於薄膜/厚膜硅外延的APCVD系統在2016年更是一舉獲得了硅外延市場頭籌，斬獲了客戶大批採購訂單。

在光伏製造領域，公司研發了國內首台應用於高效光伏電池生產的負壓擴散爐，打破了國際技術壟斷，獲得了市場認可，目前已穩穩拔得市場頭籌；研發的晶硅電池線的大部分關鍵生產設備如在線濕法刻蝕機、槽式單晶制絨機、卧式擴散爐、PECVD等設備均已實現了進口替代。

在平板顯示領域，北方華創微電子公司是國內TFT-LCD生產線的骨幹設備供應商，多種產品在客戶G5至G10.5各個世代TFT-LCD生產線及OLED生產線上批量應用；CELL段的ODF工藝紫外固化爐UV Cure以及Cutting工藝的Grind

Cleaner等設備均在各世代生產線佔據重要份額。

此外，北方華創微電子公司在氣體流量測量和控制方面亦擁有多項關鍵技術優勢，氣體質量流量控制器（MFC）產品行銷歐美，在國內市場中始終占第一品牌的行業地位。

在為半導體領域客戶打造的產品藍圖中，新技術、新產品、新工藝代代更迭、生生不息。正如「北方華創」品牌的英文名稱——「NAURA」所寓意的，「北方華創」的明星產品如浩瀚星辰般在半導體宇宙中璀璨閃耀。

二、領導團隊

趙晉榮

　　趙晉榮先生現任北方華創科技集團股份有限公司第六屆董事會董事、總裁、首席執行官，併兼任北京北方華創微電子裝備有限公司董事、總裁。

　　曾任北京建中機器廠生產副廠長、總工程師、常務副廠長，北京七星華創電子股份有限公司副總經理，北京晨晶電子有限公司董事長，北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司副總經理、總經理，北京七星華創電子股份有限公司總經理。

　　碩士，教授級高級工程師，中國電子專用設備工業協會理事長，北京電子學會副理事長，國家02科技重大專項總體專家組特聘專家，國際半導體設備與材料行業協會(SEMI)中國智能製造技術委員會執行主席，中國機器人產業技術創新戰略聯盟副理事長，中國IGBT技術創新與產業聯盟副理事長，2014年入選國家百千萬人才工程，2015年被評為享受國務院政府特殊津貼人員。

張國銘

北方華創科技集團股份有限公司高級副總裁、首席戰略官

　　張國銘先生現任北方華創科技集團股份有限公司高級副總裁、首席戰略官，併兼任北京北方華創微電子裝備有限公司董事、副總裁，北京七星華創流量計有限公司董事長，北京七星華創集成電路裝備有限公司董事長。

　　曾任北京建中機器廠總工程師、副廠長，北京七星華創電子股份有限公司微電子設備分公司總經理，北京七星華創電子股份有限公司副總經理。

　　碩士，高級工程師，國際SEMI協會全球董事會董事，國家02科技重大專項總體專家組專家，科技部「十三五」重點專項先進位造專家組專家，SEMI中國半導體設備及材料委員會主席，國家集成電路產業投資基金股份有限公司投資審核委員會委員，北京電子製造裝備行業協會秘書長。

三、產品

北京北方華創微電子裝備有限公司是北方華創集團四大主營業務之一。可以看到其半導體設備不僅包括刻蝕、PVD、CVD還有清洗、爐管、UV等一系列產品。產品種類非常之多，業務覆蓋範圍非常之廣，這在半導體設備行業也是非常少見的。

如此之多的產品，做的好會是遍地開花，但也會導致公司無法聚焦，難以實現突破。

公司的刻蝕產品主要包括：

1. 集成電路領域

（1） NMC508M

8英寸鋁金屬刻蝕機

NMC508M 8英寸鋁金屬刻蝕機是應用於0.11-0.35um製程集成電路金屬互連線刻蝕工藝的干法刻蝕機。

（2）NMC508C

8英寸硅刻蝕機

NMC508C 8英寸硅刻蝕機是應用於0.11-0.35um製程集成電路（多晶硅柵極和淺溝槽隔離等）硅刻蝕工藝的干法刻蝕機。

（3）NMC612C

12英寸硅刻蝕機

NMC612C 12英寸硅刻蝕機是應用於90-40nm製程集成電路淺溝槽隔離刻蝕和多晶硅柵極刻蝕的干法刻蝕設備。

（4）NMC612D

12英寸硅刻蝕機

NMC612D 12英寸硅刻蝕機是應用於28-14nm製程集成電路的干法刻蝕設備，用於FinFET，STI和Gate刻蝕工藝。

（5）NMC612M

12英寸氮化鈦金屬硬掩膜刻蝕機

NMC612M用於28-14nm IC金屬刻蝕設備，用於TiN金屬硬掩膜，高密度鋁線，鋁布線連接點等金屬刻蝕工藝。

2. 先進封裝

（1）HSE系列等離子刻蝕機

HSE系列刻蝕機是應用於8-12英寸先進封裝和8英寸及以下MEMS領域深硅刻蝕工藝的干法刻蝕機。

（2）GDE系列等離子刻蝕機

GDE系列刻蝕機是應用於8-12英寸先進封裝和8英寸及以下光通信、SiC功率器件領域介質刻蝕工藝的干法刻蝕機。

（3）BMD

P230 等離子去膠機

BMD P230等離子去膠機是應用於8-12英寸先進封裝領域表面去膠及表面活化等Descum工藝的設備。

3. 科研設備

（1）GSE200

系列等離子刻蝕機

GSE系列刻蝕機是應用於8英寸及以下III-V族半導體、失效分析和研發等領域多種材料刻蝕工藝的干法刻蝕機。

4. 微機電系統

（1）HSE系列等離子刻蝕機

HSE系列刻蝕機是應用於8-12英寸先進封裝和8英寸及以下MEMS領域深硅刻蝕工藝的干法刻蝕機。

5. 半導體照明

（1）ELEDE?

380G+/G380C刻蝕機

ELEDE 380系列刻蝕機是LED領域標杆產品，滿足多種材料刻蝕要求，市佔率90%。

（2）ELEDE?

380E PSS刻蝕機

ELEDE? 380E PSS刻蝕機是應用於LED領域圖形化藍寶石襯底刻蝕的干法刻蝕設備。

6. 功率器件

（1）DSE200系列等離子刻蝕機

DSE系列刻蝕機是應用於8英寸及以下硅基功率器件領域深硅刻蝕工藝的干法刻蝕機。

（2）GDE系列等離子刻蝕機

GDE系列刻蝕機是應用於8-12英寸先進封裝和8英寸及以下光通信、SiC功率器件領域介質刻蝕工藝的干法刻蝕機。

（3）GSE200

系列等離子刻蝕機

GSE系列刻蝕機是應用於8英寸及以下III-V族半導體、失效分析和研發等領域多種材料刻蝕工藝的干法刻蝕機。

（4）NMC508DTE

8英寸硅深槽刻蝕機

廣泛應用在功率器件產業，用於IGBT、MOSFET及Super Junction中的Deep Trench刻蝕

7. 平板顯示

（1）NMC612G

12英寸刻蝕機

NMC612G 12英寸刻蝕機是應用於Micro OLED微顯示領域Si、Oxide、Metal刻蝕的干法刻蝕設備

8. 光通信器件

GDE系列刻蝕機是應用於8-12英寸先進封裝和8英寸及以下光通信、SiC功率器件領域介質刻蝕工藝的干法刻蝕機。

四、市場銷售

公司的刻蝕產品涵蓋了集成電路、先進封裝、科研設備、微機電系統、半導體照明、功率器件、平板顯示、光通訊器件等眾多領域。

2015年12月26日，七星電子(002371)今日發布重大資產重組方案，公司擬作價9.3億元攬入北方微電子100%股權，同時配套融資9.3億元，其中國家集成電路基金(簡稱「大基金」)將認購超六成。大基金持股佔總股份比例7.5%。

2017年集團銷售收入22.3億元，利潤1.96億。其中半導體設備銷售收入11.34億元，占集團整體業務的51%。刻蝕設備是公司成立以來的第一個產品，應該也是其銷售收入的重頭戲。但考慮到公司有Etch、PVD、CVD、爐管、清洗機等眾多產品，刻蝕產品的銷售收入是低於6億元的。

（1）半導體設備額收入增速接近40%，這個速度是驚人的，意味著兩年翻一番。

（2）集成電路領域佔有90%左右的刻蝕市場，是最重要的應用。按照材料來分為硅刻蝕機、介質刻蝕機和金屬刻蝕機。北方華創在硅刻蝕和金屬刻蝕領域都有所涉足。

北方華創2003年啟動硅刻蝕機研製，在國家02專項的支持下，不斷實現突破。目前已經成功進入了中芯國際、華力、武漢新芯等國內主流FAB，並實現了量產。2016年研發出了 14nm 工藝的硅刻蝕機，目前正在客戶現場14nm 工藝上驗證使用。

2017 年11月，研發的中國首台適用於8 英寸晶圓的金屬刻蝕機成功搬入中芯國際的產線。同時也推出了12寸TiN硬掩膜刻蝕機，可以用於28nm以下製程。

（3）在半導體照明領域，北方華創刻蝕機的市場佔有率相當高，佔有90%以上GaN刻蝕和50%PSS刻蝕市場。刻蝕設備銷售已經超過200台，產品成功進入三安、德豪、華燦和台灣晶電等大廠。國產設備的進入，極大的幫助LED廠商降低了生產成本。

五、小結

北方華創是一家本土半導體公司，高管也主要來自國內原七星系統。在02專項的支持下，公司開展了Etch、PVD、CVD三大領域設備的研發。刻蝕設備做為公司的主打產品，在集成電路領域進入了14nm技術代，但總體市場銷售和佔有率還很低，需要繼續努力。在半導體照明領域，北方華創刻蝕設備已經成為行業內首選，在國內有極高的市場佔有率。

在國際市場上開拓不足，目前僅有少量產品進入了台灣地區，所有的客戶仍以國內客戶為主。要想持續做大、做強，國際市場的開拓是必不可少的。

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