隨著美國近年來不斷加大對中國的高科技封鎖,光刻機這個原本比較小眾的、應用于芯片制造的半導體設備也日益被大眾所熟知。這是因為,中國目前還造不出7納米及以下高端芯片的核心原因之一,就在于無法從荷蘭公司阿斯麥(ASML)進口制造高端芯片的EUV(極紫外)光刻機,只能靠自主研發,因此,國產光刻機的研發進展有任何風吹草動都容易引發高度關注。
10月15日至17日,灣區半導體產業生態博覽會(下稱“灣芯展”)在深圳舉行。本屆灣芯展,最受關注的公司就是深圳市新凱來技術有限公司(下稱“新凱來”)。
新凱來成立于2021年,由深圳市國資委全資控股。這家年輕的初創公司之所以格外受關注,主要因為,一直有市場傳言稱新凱來在研發用于制造7納米及以下高端芯片的光刻機。
新凱來不僅沒有展出光刻機相關信息,事實上,截至本文發稿,新凱來從未在官網、新聞發布會、科技展會等各種公開渠道上明確承認過有該項業務。
國內公開承認肩負光刻機研制的公司是上海微電子裝備(集團)股份有限公司(下稱“上海微電子”),其用于制造90納米芯片的干式DUV(深紫外)光刻機已經實現量產。據證券時報報道,上海微電子28納米浸沒式DUV光刻機也進入產品驗證階段,但EUV(極紫外)光刻機仍處于預研階段(2025年度中國國際工業博覽會,上海微電子首次公開EUV光刻機參數圖),需突破光源、光學系統等核心技術。

表:光刻機制造關鍵核心領域國產化現狀 來源:華金證券
雖然不涉及光刻機,新凱來正向半導體設備多項“卡脖子”技術發起挑戰。本屆灣芯展上,新凱來展示了刻蝕、薄膜沉積、量檢測等6大類產品,子公司啟云方(武漢啟云方科技有限公司)和萬里眼(深圳萬里眼技術有限公司)分別發布了EDA設計軟件和超高速示波器。
新凱來每大產品系列均以中國名山命名,暗含樹立中國半導體設備高峰之意。
1.外延沉積(EPI)設備(峨眉山系列)
EPI設備的作用是,通過化學氣相沉積(CVD)技術,在晶圓表面生長一層原子級精密的單晶半導體材料(如硅、鍺硅、碳化硅等),直接決定芯片的性能與可靠性。
EPI設備是半導體制造中最核心的“卡脖子”工程之一,其技術壁壘和市場壟斷程度可與光刻機相提并論。全球前道EPI設備市場長期被美國應用材料公司(AMAT)和日本東京電子(TEL)壟斷,合計占據超過90%的份額。
國內EPI設備研發起步較晚,目前8英寸EPI設備性能接近國際水平,主要代表廠商是北方華創,但12英寸EPI設備仍需依賴進口。
根據新凱來公布的情況,新凱來EPI設備在8英寸硅基外延工藝中,膜厚均勻性達到±0.5%,與應用材料同類設備處于同一技術水平。
2.原子層沉積(ALD)設備(阿里山系列)
ALD設備好比一個納米級的粉刷匠,專門為芯片制造打造原子級超薄、超均勻的薄膜,屬于前道工藝的“薄膜沉積”核心環節,是先進制程(7納米及以下)實現精密結構的關鍵設備。
目前全球ALD設備市場由荷蘭先晶半導體(ASM)和日本東京電子主導,兩者合計市場份額超過60%。
國內ALD設備研發始于2015年后,目前成熟制程(28納米及以上)設備已實現量產突破,但先進制程設備依賴進口,主要代表廠商包括新凱來、北方華創(002371.SZ)和拓荊科技(688072.SH)。
新凱來薄膜沉積設備“阿里山”系列有三款產品。其中,阿里山1號是12英寸高保形性介質薄膜原子層沉積設備,搭配五邊形平臺和Twin腔領先架構,覆蓋先進邏輯/存儲前中后段介質薄膜應用場景,滿足圖形化,超薄薄膜,超高深寬比gap fill需求,支持向未來先進節點演進。阿里山2號是12英寸介質刻蝕阻擋層薄膜沉積設備,3號則是12英寸高深寬比金屬柵極原子層沉積設備,均支持向先進節點演進。
3. 物理氣相沉積(PVD)設備(普陀山系列)
PVD設備的作用是,通過蒸發、濺射等物理過程將金屬或介質材料沉積到晶圓表面,形成導電互連層、柵電極等關鍵結構,其薄膜的電阻率、均勻性和附著力直接決定芯片的電學性能與可靠性。
PVD設備是半導體薄膜沉積領域的核心裝備,技術壁壘集中于高功率濺射源設計與大面積均勻沉積控制。全球市場長期被美國應用材料壟斷,其市占率高達85%,尤其在12英寸先進制程的銅互連沉積領域幾乎處于獨占地位。
國內PVD設備研發起步較晚,8英寸成熟制程設備已實現批量供貨,但12英寸先進制程的銅互連PVD設備仍主要依賴進口。
國內涉足PVD設備的廠商包括北方華創、拓荊科技和新凱來。其中,北方華創是國內PVD設備的龍頭企業;拓荊科技主要專注于CVD(化學氣相沉積)和ALD(原子層沉積),但其在PVD領域也有布局;公開信息顯示,新凱來推出了普陀山1號至3號三款PVD設備,分別針對金屬平面膜、中道接觸層及后道互連。例如,普陀山3號采用多重電磁調控與高離化自電離等離子體技術,實現高質量金屬填孔,其平臺架構靈活應對多元應用場景,一代設計支持多代制程。
4. 刻蝕設備(武夷山系列)
刻蝕設備利用等離子體或化學試劑在晶圓表面進行選擇性腐蝕,將光刻定義的圖形精準轉移到薄膜或襯底上,是半導體制造中“圖形化”的核心工具。簡言之,刻蝕設備就像一把超級精細的“雕花刀”,在晶圓上刻出納米級的電路圖案。
刻蝕設備是半導體設備中市場規模第二大的品類,技術壁壘體現在高深寬比刻蝕與原子層刻蝕(ALE)技術上。全球市場長期被美國泛林半導體(Lam Research)、應用材料(AMAT)和日本東京電子(TEL)壟斷,三者合計占據超90%的份額。
國內刻蝕設備研發進展較快,成熟制程(28納米及以上)的介質刻蝕、金屬刻蝕設備已實現國產化,主要由中微公司、北方華創供應;在7納米及以下先進制程領域,中微公司取得關鍵突破,公開表示其生產的高深寬比刻蝕設備已成功應用于國內外領先的芯片制造商的5納米及更先進的芯片生產線中。
新凱來刻蝕產品ETCH(武夷山)系列,包括武夷山1號、3號、5號共3款設備。其中武夷山1號MAS為電容耦合等離子體(CCP) 干法刻蝕設備,實現了射頻全鏈路自主可控,多頻三級同步脈沖滿足三維復雜形貌調控需求;武夷山5號為自由基干法刻蝕設備,采取創新勻氣方案設計,大幅提升刻蝕選擇比。
5. 薄膜沉積CVD設備(長白山系列)
薄膜沉積設備通過CVD或PVD等工藝,在晶圓表面生長或覆蓋特定材料的薄膜層,用于構建芯片的導電層、絕緣層或保護層。簡言之,薄膜沉積設備就像一臺“納米級噴涂機”,為晶圓均勻覆蓋功能各異的薄膜材料,為后續電路圖形化奠定基礎。
薄膜沉積設備是半導體設備中市場規模最大的品類之一,技術壁壘集中于薄膜均勻性、缺陷控制和先進材料適配能力。全球市場長期被美國應用材料、泛林半導體和日本東京電子主導,三者合計占據超過80%的份額。
國內CVD設備研發近年來進展顯著,在28納米及以上成熟制程的介質薄膜、多晶硅沉積領域已實現國產化,主要由北方華創、拓荊科技供應;在7納米及以下先進制程領域的CVD設備仍然受制于人。
新凱來CVD產品包括長白山1號和長白山3號。根據新凱來的公開信息,長白山1號具備單腔4-Station領先架構,長白山3號全面覆蓋邏相和行儲金屬化學氣相沉積應用場景,具備創新架構和領先性能,多種工藝高度集成,支持向未來先進節點演進。
6. 量檢測設備(岳麓山系列)
量檢測設備的作用是,通過光學、X射線等技術對晶圓制造全流程進行缺陷檢測與參數測量,包括薄膜厚度、線寬、缺陷尺寸等,是保障芯片良率的“眼睛”,其檢測精度與效率直接決定量產產能與成本。
量檢測設備是半導體設備中國產化率最低的品類之一,技術壁壘集中于納米級缺陷識別與高速信號處理。全球市場長期被美國科磊(KLA)、應用材料和日本東京電子壟斷,三者合計占據超90%的份額。西證券研報指出,國內半導體檢測和量測設備企業起步較晚,主要廠商的國內市場份額由2019年的0.61%提升至2023年的4.34%。
新凱來量測檢測設備包括岳麓山系列、丹霞山系列、蓬萊山系列、莫干山系列、天門山系列、沂蒙山系列和赤壁山系列和功率檢測的RATE系列產品。
據界面新聞報道,新凱來量測檢測設備實際分兩類,一類是技術難度較高的光學量檢測產品,包括明場缺陷檢測BFI、暗場缺陷檢測DFI、表面缺陷檢測PC等。公司方面表示,這類產品基本完成客戶側驗證,2025年進入量產狀態。
另一類是國內此前空白但產線必需的PX(物理和X射線)及功率檢測產品,包括原子力顯微鏡量測AFM、X射線類量測XPS、CP(Chip Probing)測試機等。其中,PX量測產品已進入量產交付,功率檢測產品也進入了規模應用。
據《南方日報》報道,新凱來量檢測裝備產品線總裁酈舟劍接受采訪時曾表示,新凱來量檢測裝備在核心零部件上均實現了國產化,每一個突破在2021年之前曾被視作難以逾越的高山。
綜合來看,新凱來的主要產品線集中在半導體制造中最復雜、技術壁壘最高的前道(Front-end)工藝。
本屆灣芯展上,新凱來子公司萬里眼自主研發的新一代超高速實時示波器也很受業界關注。
據公開消息,萬里眼首席執行官劉桑表示該公司之所以將目光瞄向示波器領域,一是因為從瓦森納協定到美國的出口管制,西方國家禁止向中國出口60GHz以上的實時示波器;二是美國幾年時間里將1500多家國內大學科研機構以及企業納入實體管制清單,導致其無法使用常規使用美國儀器,使得高端的電子測量儀器成為中國電子產業向前發展的關鍵卡點。
萬里眼公司官方信息稱,該公司新一代超高速實時示波器帶寬突破90GHz,位列全球第二,將國產示波器性能提升到原有水平的500%,實現多帶產品的跨越,可應用于半導體、6G通信、光通信、智能駕駛等領域。
劉桑還透露,其系列產品可做到穩定批量向客戶提供服務,華為、上海交大等多家機構是其客戶。
綜上所述,新凱來及其子公司通過聚焦于PVD、刻蝕、薄膜沉積等前道核心工藝設備,以及高端量檢測儀器,正力求在多個層面系統性地解決半導體設備產業的“卡脖子”問題。