等离子体刻蚀终点检测仪

仪器信息网讯 2024年5月18-19日，2024清华大学国家卓越工程师学院春季工程博士论坛在北京亦庄举办。论坛围绕“先进装备”“大健康”“未来建设”“工业软件”“集成电路”“新能源”“综合交通”“大数据AI”“智能制造”九大产业集群要素开展主题沙龙。本次论坛作为又一次盛大的学术交流活动，现场展出了诸多优秀创新成果，仪器设备相关成果也位于其中，如“应用于集成电路制造的12英寸电感耦合等离子体刻蚀机和硅通孔（TSV）铜籽晶层物理气相成绩（PVD）设备”、“单束高通量扫描电镜及其跨尺度材料观测分析”。成果一：等离子体刻蚀机和硅通孔（TSV）铜籽晶层物理气相成绩（PVD）设备一、主要工程技术难点和创新性1、等离子体刻蚀机：先进脉冲射频脉冲等离子体产生和控制技术，实现多种等离子体参数的调控 先进的抗等离子体刻蚀的涂层技术实现纳米级别的颗粒环境调控，复合径向和角向联合小区域精确控温技术实现优异的整片关键尺寸均匀性，高精度终点检测技术(如光学发射光谱和光学相干光谱)识别精细刻蚀工艺过程中信号强度变化 双重/四重图形曝光工艺能力实现小线宽的图形控制等技术。2、TSV铜籽晶层物理气相沉积设备：高离化率磁控管技术、带有偏压的低温ESC技术 实现高深宽比下高台阶覆盖率沉积 实现优异的颗粒控制 二、工程应用价值和成熟程度目前研发的等离子刻蚀机，通过实现优异的双重/多重图形曝光、高介电常数介质/金属栅等刻蚀工艺形貌控制，适用于鳍式晶体管、多层3D NAND 闪存高密度DRAM内存等先进结构生成，广泛应用于国际主流逻辑、存储等芯片制造生产。TSV铜籽晶层物理气相沉积设备，已经广泛应用于逻辑，存储和先进封装芯片领域，能够实现较高深宽比的硅通孔铜籽晶层沉积，该设备已在多家客户端实现量产应用，代表国产金属薄膜沉积设备的较高水平。成果二：“单束高通量扫描电镜及其跨尺度材料观测分析”创新性的设计单束扫描电镜的电子光学系统：1、采用浸没式的电磁复合透镜保证1nA的落点电流下实现1.8nm@1keV的分辨率。2、采用位于透镜中的背散射(BSE)和二次电子(SE)探测器提高信号电子收集效率和图像信噪比，实现最短10nS/像素的驻留时间，即实现100M像素/秒的成像速度。工程博士论坛每年春季学期和秋季学期各举办一次，旨在加强工程领域的学术交流，激发工程博士生的创新思维，提高工程博士生解决复杂工程技术问题、进行工程技术创新、组织工程技术研究开发工作等能力，促进跨界交叉融合创新，不断扩大工程博士生在工程界、学术界和社会上的影响，推进产教融合，高起点、高质量地培养造就工程技术领军人才。工程博士论坛自2019年创办至今，已先后在北京、南通、深圳、成都、海盐、武汉、上海成功举办9届，经过几年不断地建设和发展，论坛活动成效和影响力不断扩大，逐渐打造成彰显清华特色的学术品牌。工程博士论坛网站：http://qhgbforum.ihaogo.com/index.htmlfor

自美国提出终断该国企业与华为多年的芯片供应以来，研制中国自己的国产芯片提上了我国的发展日程，也是当前中国市场最为紧迫的一项技术，关于芯片技术发展的讨论不仅在专业领域盛行，也成为了普通民众议论的焦点所在。而芯片的制造离不开半导体设备，其中刻蚀设备是其中的重中之重。据了解，目前我国已经突破了刻蚀设备的技术难关，其中中微公司的5nm刻蚀设备已成功销往海外，更是进入台积电的生产线。如今最先进的芯片制造主要使用干法刻蚀技术即等离子体刻蚀技术，相对于湿法刻蚀，具有更好的各向异性，工艺重复性，且能降低晶圆污染几率，因此成为了亚微米下制备半导体器件最主要的刻蚀方法。伴随着国际半导体行业的产能危机，国内等离子体刻蚀机需求或将爆发。通过分析海关等离子体刻蚀机的进口情况，可以从一个侧面反映出中国等离子体刻蚀机市场的一些情况。2020年是特殊的一年，新冠肺炎疫情在全球爆发，各行各业都受到了一定的影响，包括半导体产业。为了解过去近两年中等离子体刻蚀机的进出口情况，仪器信息网特别对2019、2020年1-12月，等离子体刻蚀机（商品编码84862041）进出口数据进行了分析汇总，为大家了解中国目前等离子体刻蚀机市场做一个参考。2019、2020年1-12月海关等离子体刻蚀机进出口数据统计统计年月进口量（台）进口金额（人民币：元）出口量（台）出口金额（人民币：元）2019年1-12月109712,685,798,98279353,896,8762020年1-12月127616,949,614,747122577,419,680从上表可以看到，2020年1-12月，我国共进口等离子体刻蚀机1276台，进口额约为170亿元，进口单价约为1328万元。而2019年同期，等离子体刻蚀机进口1097台，进口额约为127亿元，进口单价约为1156.4万元。与去年同期相比，2020年1-12月我国等离子体刻蚀机进口台数增加约16.3%，进口额增加约33.6%，进口单价提高约15%。从整体来看，2020年进口等离子体刻蚀机市场增长非常明显，同时进口单价也略有提高。而从出口情况来看，2020年1-12月，我国共出口等离子体刻蚀机122台，出口额约为5.8亿元，出口单价约为473万元。而2019年同期，等离子体刻蚀机出口79台，出口额约为3.54亿元，出口单价约为448万元。总体而言，我国等离子体刻蚀机出口量仍然很少，但2020年比上年同期出口金额明显增加约63%，出口数量增加约54%，出口单价也略有提高。2019、2020年1-12月等离子体刻蚀机进口量逐月数据图（单位：台）对2020年1-12月等离子体刻蚀机进口量逐月数据分析发现，并对比2019年同期数据可以明显看出，2020年等离子体刻蚀机进口数量明显有所增加，且逐月变化较为明显，其中2020年1月受国内新冠肺炎疫情影响，等离子体刻蚀机进口数量较去年有所下降，而则2~4月份迎来“报复性”增长，等离子体刻蚀机进口台数比去年同期多大约一半，5~7月每月进口数量与去年有所增长，但增幅有所下降，8月进口数量较去年同期有所下降，可能受国外新冠疫情影响，而9月进口量的大爆发可能是为了弥补8月份进口量不足的部分。10-11月平稳增加，但12月进口量再次下降，这可能来自于特朗普政府将中芯国际列入“实体清单”和冬季疫情反扑的多重影响。2019、2020年1-12月等离子体刻蚀机进口金额逐月数据图（单位：人民币/亿元）对2020年1-12月等离子体刻蚀机进口金额逐月数据分析发现，并对比2019年同期数据可以明显看出，除12月较去年进口金额有所下降以外，等离子体刻蚀机每月进口金额都较去年同期有所增加，其中，6、7、11月较去年增长幅度较小之外，但其他月份增幅明显。值得注意的是，9月进口额更是达到了去年同期的两倍以上，一个可能的原因是9月份台积电停止为华为代工芯片，华为大量订单转向国内代工厂生产，国内代工厂的扩大产能所导致。2019、2020年1-12月等离子体刻蚀机主要海关进口贸易伙伴数量（单位：台）2019、2020年1-12月等离子体刻蚀机主要海关进口贸易伙伴金额（单位：人民币/亿元）2020年1-12月等离子体刻蚀机海关进口贸易伙伴金额分布图根据海关数据，近两年我国主要从美国、日本、新加坡、韩国、中国台湾、马来西亚、英国以及德国等贸易伙伴进口等离子体刻蚀机。其中进口金额最高的前5个贸易伙伴分别是美国、日本、新加坡、韩国和中国台湾。从数据中可以看出，我国等离子体刻蚀机对美日依赖严重。2020年1-12月等离子体刻蚀机进口企业注册地数量分布（单位：台）2020年1-12月等离子体刻蚀机进口企业注册地金额分布（单位：人民币/亿元）通过海关进口等离子体刻蚀机的企业注册地数据，可以大致了解到进口等离子体刻蚀机在国内的“落脚地”。可以看出 ，2020年，江苏、上海、湖北、陕西等省市进口等离子体刻蚀机数量较多，而这些地区也是我国经济较发达，半导体相关行业比较发达的省份和地区。就海关进出口数据来看，等离子体刻蚀机在国内的市场潜力非常巨大，2020年尽管新冠疫情爆发给各行各业造成一定影响，但我国等离子体刻蚀机市场增长依然明显，但由于进口等离子体刻蚀机美日产品占据主流，受到美国贸易战影响较大，国内产线等离子体刻蚀机的“去美化”迫在眉睫。另一方面，由于国内掌握等离子体刻蚀机所涉及的核心零部件、研发人才等仍然相对较少，虽然在介质刻蚀机上的研究已逐渐达到国际先进水平，但难度较大的深硅等离子体刻蚀机的发展距美、日还有一定差距。同时，由于半导体设备企业与晶圆代工厂的工艺深度绑定，也使得等离子体刻蚀机为代表的半导体设备仍依赖进口，受制于人。不过，近年来随着以中微半导体、北方华创等国内等离子体刻蚀机厂商的崛起，国产刻蚀机在一定程度上也能满足部分企业的要求。未来，伴随着中美半导体产业的争夺和全面“去美化”的浪潮，等离子体刻蚀机的国内市场占有率将有望进一步提升。

自美国提出终断该国企业与华为多年的芯片供应以来，研制中国自己的国产芯片提上了我国的发展日程，也是当前中国市场最为紧迫的一项技术，关于芯片技术发展的讨论不仅在专业领域盛行，也成为了普通民众议论的焦点所在。而芯片的制造离不开刻蚀设备，其中等离子体刻蚀机更是先进制程中必不可少的设备，是重中之重。2021年是“十四五”开局之年，中国政府也推出了一系列激励政策来鼓励半导体产业发展，明确了半导体产业在产业升级中的重要地位，同时全球自2020年爆发的“芯片荒”在全球范围内愈演愈烈，却迟迟得不到缓解，各行各业都受到了一定的影响，受此影响包括仪器产业、新能源产业等在内的诸多产业都面临产品涨价、缺货的危机。危中有机，全球半导体行业的巨震却是中国半导体产业的发展契机。通过分析海关等离子体刻蚀机的进口情况，可以从一个侧面反映出中国等离子体刻蚀机市场的一些情况，进而了解到中国半导体产业的一些情况。为了解过去2021年中等离子体刻蚀机的进出口情况，仪器信息网特别对2021年1-10月，等离子体干法刻蚀机（商品编码84862041）进口数据进行了分析汇总，为大家了解中国目前等离子体刻蚀机市场做一个参考。2021年1-10月进口等离子体刻蚀机贸易伙伴变化（人民币/万元）贸易伙伴进口额（元）进口数量（台）均价（元/台）美国777014343651615058418日本621252727637416611035韩国328231684432710037666中国台湾18771365038921091421新加坡181269896211316041584马来西亚17790801177723104937英国544211135786977066德国203676120414967710中国1296367043240918荷兰632916423164582法国415082322075412波兰643071643072021年1-10月各贸易伙伴进口总额（人民币/元）2021年1-10月，中国进口等离子体干法刻蚀机总额约235亿元，总台数达1624台，其中美国进口金额最多约78亿元，台数达516台，占比高达33%，日本进口金额紧随其后约62亿元，374台，占比达26%。可以看出，目前等离子体刻蚀机主要来自于美国和日本，进口均价都超1500万元/台，此类等离子体刻蚀机以高端产品为主，主要用于生产。值得注意的是，波兰进口的一台等离子体刻蚀机仅6万多元，此设备可能是用于科研领域的低端产品或配件。从此前统计的【2020年等离子体刻蚀机海关进出口数据盘点】可以看出，2020年1-12月，我国共进口等离子体刻蚀机1276台，进口额约为170亿元，而今年仅前十个月就已超去年全年的进口额。这表明，今年我国晶圆代工厂的建设热度不减，这也和如今的半导体投资热、芯片荒有关。2021年1-10月等离子体干法刻蚀机进口数据（人民币/万元）从进口额的时间变化趋势可以看出，等离子体刻蚀机进口额在4-6月出现了一个高峰，进口额连续大幅度增长，而在七月份却断崖式下跌，直到回归正常水平。这一变化可能和疫情有关，在夏季全球疫情由于气温上升得到缓解，海关进口更畅通，而春秋季节气温较低，全球疫情出现反复。另一个可能的原因是海运费用暴涨导致六月以后进口额降低。2021年1-10月等离子体刻蚀机各注册地进口数据变化（单位/万元）2021年1-10月等离子体干法刻蚀机注册地进口额分布那么这些等离子体刻蚀机主要销往何处？通过对进口数据的注册地进行分析发现，陕西省、上海市和湖北省的进口额最多，分别为54亿元、43亿元和41亿元。等离子体刻蚀机主要应用于集成电路生产中，这表明这些地区在新建或改造集成电路生产线上投入较大，对等离子体刻蚀机的需求也在激增。我国在1-10月从韩国进口等离子体刻蚀机总额约33亿元，其中注册地为陕西省的进口额约19亿元，占比约59%。这表明，陕西省等离子体刻蚀机的进口可能和三星等韩国企业在西安的半导体生产线有关。