光刻机既是决定制程工艺的关键节点,也是国内芯片设备最为薄弱的环节

AI芯天下 发表于 2020-08-03 17:04:42 收藏 已收藏
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光刻机既是决定制程工艺的关键节点,也是国内芯片设备最为薄弱的环节

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光刻机作为制造中决定制程工艺的关键节点,同时也是国内芯片设备最为薄弱的环节。国产芯片的“痛中痛”,中国何时可以摘取这颗明珠?

半导体芯片产业链分为 IC 设计、IC 制造、IC 封测三大环节。光刻的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上,是 IC 制造的核心环节,也是整个 IC 制造中最复杂、最关键的工艺步骤。

通过激光或电子束直接写在光掩模板上,然后用激光辐照光掩模板,晶圆上的光敏物质因感光而发生材料性质的改变,通过显影,便完成了芯片从设计版图到硅片的转移。光刻的工艺水平直接决定芯片的制程和性能水平。

随着半导体产业的向前发展 ,不断追求着尺寸更小、速度更快 、性能更强的芯片。正是半导体行业对于芯片的不断追求推动了光刻机产品的不断升级与创新。

根据所用光源改进和工艺创新,光刻机经历了 5 代产品发展,每次光源的改进都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。在技术节点的更新上,光刻机经历了两次重大变革,在历次变革中,ASML 都能抢占先机,最终奠定龙头地位。

光刻机既是决定制程工艺的关键节点,也是国内芯片设备最为薄弱的环节

目前业内最先进的是采用波长 13.5nm 极紫外光的第五代 EUV 光刻机,可实现 7nm 工艺制程,技术要求极高,单台价值为 1.2 亿欧元。

现在芯片追求更快的处理速度,需要缩短晶体管内部导电沟道的长度,而光刻设备的分辨率决定了 IC 的最小线宽,受益于下游需求旺盛,光刻设备有望量价齐升带动市场空间不断增长。

量:晶圆尺寸变大和制程缩小将使产线所需的设备数量加大,12 寸晶圆产线中所需的光刻机数量相较于 8 寸晶圆产线将进一步上升。同时预计 2020 年随着半导体产线得到持续扩产,光刻机需求也将进一步加大。价:随着芯片制程的不断升级, IC 前道光刻机制造日益复杂,其价格不断攀升。

目前光刻机行业已经成为一个高度垄断的行业,行业壁垒较高,全球前道制造光刻机市场基本被 ASML、尼康、佳能垄断,CR3 高达 99%。ASML 一家独占鳌头,成为唯一的一线供应商,Nikon 高开低走,但凭借多年技术积累,勉强保住二线供应商地位;而 Canon 只能屈居三线;上海微电子装备(SMEE)作为后起之秀,暂时只能提供低端光刻设备。

随着第三次全球半导体产业向中国转移,国内晶圆厂投资加速,光刻机作为新建晶圆厂的核心资本支出,市场空间进一步打开。28nm 作为当前关键技术节点,工艺制程从 90nm 突破至 28nm,对于国产替代具有重大战略意义。

实现光刻机的国产替代并不是某一企业能够单独完成的,需要光刻产业链的顶尖企业相互配合。光刻产业链可拆分为两个部分,一是光刻机核心组件,包括光源、镜头、双工作台、浸没系统等关键子系统,二是光刻配套设施,包括光刻胶、光掩模版、涂胶显影设备等。

上海微电子将在 2021 年交付的 28nm 光刻机正是源于以下核心企业以举国之力在各自细分领域的技术突破:上海微电子负责光刻机设计和总体集成,北京科益虹源提供光源系统,北京国望光学提供物镜系统,国科精密提供曝光光学系统,华卓精科提供双工作台,浙江启尔机电提供浸没系统。
       责任编辑:tzh

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