半导体在大众眼中真正火起来，始于2019年。彼时飞速发展的5G产业极大提振了半导体设备需求，电源管理芯片、通讯芯片等供不应求。这一效应传导至资本端，国内半导体投资热度陡然拉升，风投机构几乎都将此作为必投方向，堪称最火的潮流指标。
当前国产替代大背景下，半导体产业的兴衰涨落也被赋予了一层民族振兴的色彩，这条蜿蜒崎岖的变革路也吸引了越来越多有识之士。在我国半导体设备各细分领域中，刻蚀、清洗、CMP及热处理设备的国产化率基本在20%以上，去胶设备国产化率可达90%。但薄膜沉积、涂胶显影、离子注入、检测等设备国产化率尚不足10%，甚至还未实现0的突破。
国产替代路在何方？漫长星夜下又有哪些赶路人？自成立起，芯潮IC持续关注国内半导体产业链动态，现正式推出【国产半导体设备行业图谱】系列策划，从初创企业和上市企业两大维度制作半导体行业各个细分领域企业名录，跟进国产替代最新进展，为相关产业人士、研究者、爱好者提供一份详实的资料宝图。
首期图谱聚焦集成电路制造过程中的关键处理设备——涂胶显影机，这一领域国内有哪些厂商，技术水平如何，它们该如何撕开巨头垄断的帷幕？让我们一起来探究。
01、八大设备之一，国产替代不足2%
半导体设备是由成千上万零部件组成的复杂系统，这些零部件有机组合在一起，执行nm级精密度的生产操作。
芯片生产过程示意图 芯潮IC整理制作
一般来看，集成电路制造过程中主要用到八大类设备：扩散炉-光刻机-涂胶显影机-刻蚀机-离子注入机-薄膜沉积设备-化学机械抛光机-清洗机。
其中涂胶机和显影机作为光刻机的输入（曝光前光刻胶涂覆）和输出（曝光后图形的显影）设备，主要通过机械手使晶圆在各系统之间传输和处理，从而完成晶圆的光刻胶涂覆、固化、显影、坚膜等。无论是晶圆制造前道工艺，还是封装测试后道工艺，涂胶显影设备都发挥重要作用，耗时占半导体制造总过程的40％。
具体来看，涂胶机在晶圆表面均匀涂覆光刻胶后，显影机就将晒制好的印版通过半自动和全自动程序，完成显影、冲洗、涂胶、烘干等工序。
光刻工艺中的涂胶显影过程
图片来源：东方证券研究所
这一过程尤为关键，涂胶显影直接影响到光刻工序细微曝光图案的形成，从而影响后续蚀刻和离子注入等工艺中图形转移的结果。无论是晶圆制造前道工艺还是封装测试后道工艺，涂胶显影设备的作用都不可小觑。
在早期的集成电路和一些较低端的半导体制造工艺中，涂胶显影设备往往单独使用，随着芯片制造工艺自动化程度及客户对产能要求的不断提升，在200mm（8英寸）及以上的大型生产线上，此类设备逐渐开始与光刻设备联机作业（In Line），组成配套的圆片处理与光刻生产线，共同完成精细的光刻工艺流程。
现阶段摩尔定律发展面临瓶颈，传统封装已无法满足现代集成电路应用需求。在国际形势影响下，我国芯片制造企业自主研发能力不断提升，带动芯片产量持续增长。据国家统计局数据显示，2021年我国芯片产量达3594.3亿颗，同比增长33.3％。先进封装技术正被越来越多地应用到电子产品，下游芯片生产厂商对先进封装设备的需求正不断增强，预计未来一段时间，我国胶显影设备的应用需求会不断增长。
据东方证券统计，截至2021年，我国半导体涂胶显影设备国产化率尚不足2%。从技术壁垒上看，如何保障设备在nm级别的操作基础上的超高良率，以及保障设备在实现以上两个要求的基础上长时间稳定的运行，是当前国产设备亟需提升的难点。而由于涂胶显影技术与光刻机高度相关，属于美国打击、限制高精尖技术努力范围，国产替代更显得必要且艰难。
02、哪些勇士，在啃国产替代的硬骨头？
独挑重担走长路，自力更生创未来。越来越多的企业加入国产替代的行列，就涂胶显影设备而言，国内有数十家相关企业，部分企业已完成上市。
国内涂胶显影机厂商图谱 芯潮IC整理制作
具体来看，国内涂胶显影设备上市企业包括芯源微、华海清科、盛美半导体、中国电科45所和中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司等，整体数量不足十家。
近年来一个明显的现象是，越来越多初创企业开始切入显影机赛道，以创世微纳、芯达科技、芯米半导体等为代表，它们多数成立时间较短，在业务领域上涉足多种集成电路设备。
国内涂胶显影机主要厂商名录及最新市值
芯潮IC整理制作 统计截至2023年4月11日
以上市企业芯源微（688037.SH）为例，芯源微全称沈阳芯源微电子设备股份有限公司，于2019年12月登录上海证券交易所，是国内*家在涂胶显影设备上取得突破的企业，也是国内少有的能做IC级in-line涂胶显影设备的厂商，已拥有专利超350项，主持制定2项行业标准。
在LED封装以及集成电路后道先进封装的涂胶显影设备领域，芯源微已有一定的市场占有率，其前道180纳米的I-line涂胶显影机已在长江存储上线进行工艺验证，前道Barc（抗反射层）涂胶设备在已通过上海华力工艺验证，可满足客户28nm技术节点加工工艺，并陆续获得上海华力、中芯绍兴、厦门士兰集科、上海积塔、株洲中车、青岛芯恩、中芯宁波、昆明京东方等多个前道大客户订单及应用，实现小批量国产替代。
财报数据显示，芯源微2022年度实现营业总收入13.85亿元，同比增长67.12%；实现利润总额2.19亿元，同比增长188.30%；实现归母净利润1.97亿元，同比增长155.31%；实现归母扣非后净利润1.38亿元，同比增长116.12%。报告期内，芯源微集成电路前道晶圆加工领域产品收入实现快速放量，同时保持小尺寸（如 LED、化合物半导体等）及集成电路后道先进封装领域产品收入稳步增长。
但整体来看，当前国内涂胶显影机行业集中度较高，海外品牌占据市场垄断地位，如日本东电电子公司TEL占据我国涂胶显影设备市场近90％的份额。我国涂胶显影设备企业仅占据市场不到4％的份额，国产替代依然任重而道远。
03、巨头林立，全球涂胶显影市场如何分羹？
相较于国内的涂胶显影市场，海外巨头往往因更早进入市场，国外各大厂商的接纳度高，因此有技术迭代的先进性、先发市场的份额优势，技术的规则制定等优势，这不仅相对于国产涂胶显影机有着更大的市场份额和先进技术，也对国内的技术发展造成了巨大的影响。
具体来看，以东京电子为首，包含日本迪恩士、德国苏斯微、中国台湾亿力鑫、韩国细美事等公司，在市场上垄断了国外95%以上的份额，国内90%以上的市场份额。这些公司以更广泛的尺寸（1 µm以下到500 µm以上）、更加完善的产业链、更成熟的买卖商户，牢牢的构筑了稳定的市场，也锁死了其他企业的发展空间。
其中成立于2006年的东京电子（TEL），又称东京威力科创。主营产品包括涂布/显像设备、热处理成膜设备、干法刻蚀设备、CVD、湿法清洗设备及测试设备等。在2022年营业额为147亿美元，利润近44亿美元，其中涂布机/显影机占比26%。TEL 垄断了全球88%和中国91%的涂胶显影设备市场份额。TEL新产品吞吐≥200wph，覆盖的工艺制程包括EUV、ArFi、ArF、KrF、i-line、SOC、SOD等，掌握着国内企业尚未涉足的28nm以下先进节点的ArFi沉浸式涂胶显影设备。
全球涂胶显影机主要厂商名录及最新市值
芯潮IC整理制作
如此对比，国产涂胶显影设备与国际先进厂商差距明显，不论是设备检验难度、技术壁垒，还是客户绑定性，都对国产设备的技术自主可控形成阻碍。细分来看，以下几方面原因最为突出：
1设备结构复杂
涂胶显影设备结构极为复杂，往往包含百余个功能单元、数万余个零部件，其中机械手可以实现晶圆在设备内部多个工艺腔体之间的精确快速传送，是设备的核心零部件，通常需根据晶圆厂客户不同需求进行定制化开发。
2验证周期长
前道涂胶显影设备验证有捆绑性，需要光刻机、掩模版，经过曝光显影之后才能发现问题，周期较长，大概在 9-12 个月。
3验证成本高
设备验证需与光刻机配合，光刻机产能紧张下客户端工艺验证难。涂胶显影设备多是 Inline 设备，因此在进行客户端工艺验证时需要与光刻机联机。当前光刻机产能持续紧缺，短期内的供应紧张难以缓解，因此晶圆厂抽调光刻机验证新涂胶显影设备的意愿较低，这无疑拔高了涂胶显影市场的进入门槛。
4人才过于集中
优质人才集中于日本东京电子，人才培养难度较高。涂胶显影设备的技术储备集中于 TEL 等少数厂商，专业技术人员极为稀缺，且流动率极低。截至2021财年，TEL公司员工平均服务年限达到了17年4个月，当年员工流动率仅为1.0%。
04、结语
行而不辍，未来可期
积土成山，风雨兴焉。经过多年的积极布局，我国的涂胶显影设备获得巨大突破：已掌握28nm及以上技术节点；厚胶涂覆均匀性和厚膜平面喷涂均匀性方面部分达到国际先进水平；前道涂胶显影机具有与多种主流光刻机联机作业和远程无人化操作能力。
但不可否认，国产涂胶显影设备仍存在许多问题：还未突破28nm以下技术节点；超厚胶膜涂覆均匀性和薄膜平面喷涂均匀性欠佳；相较于东京电子涂布机/显影机设备生产效率较低；虽然可以联机作业，但联机验证较少。伴随着制程技术节点的不断进步，涂胶显影设备的国产化进程仍需奋力推进。
道阻且长，行则将至；行而不辍，未来可期。要想突破现有市场桎梏，国内相关高校及厂商需要持续攻坚，在光刻工艺胶膜均匀涂覆工艺、精细化显影技术、内部微环境精确控制技术等方向进行针对性研发，单点突破，聚点成面。随着越来越多有识之士投身其中，中国半导体设备的自主化将如破浪之舟，扬帆远航。
参考资料：
1、半导体前道设备研究框架，东方证券
2、开源刘翔团队 | 芯源微首次覆盖报告：涂胶显影*国产设备商，立足后道，拓展前道，刘翔电子研究
