上海微電子光刻機中標!此光刻非彼光刻,彩虹在風雨前方

光刻機種類繁多,用途各異,以光刻機為代表的產品主要應用於四大領域:晶片製造、晶片先進封裝、LED製造、下一代顯示屏製造。

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其中用於晶片先進封裝的後道光刻機、LED製造、下一代顯示屏製造,技術難度較低,我國已經可以實現國產化量產,比如上海微電子的後道光刻機,上海微電子中標長江儲存的光刻機,是主要用於晶片封裝的後道光刻裝置。

但是在晶片產業鏈中,屬於重中之重的前道光刻裝置,我們還落後世界先進水平很多,上海微電子的前道裝置目前只能實現90nm工藝製程,主要面向低端前道光刻機市場,當前上微的主要任務是:向可以完成28nm製程的193奈米ArF浸沒式DUV光刻機,發起最後的國產化衝擊。

前道光刻被荷蘭ASML壟斷,國產前道光刻機之路漫長修遠

光刻機作為前道工藝七大裝置之首(光刻機、刻蝕機、鍍膜裝置、量測裝置、清洗機、離子注入機、其他裝置),價值含量極大,在製造裝置中投資額中,單項佔比高達23%,技術要求極高,涉及精密光學、精密運動、高精度環境控制等多項先進技術。光刻機是人類文明的智慧結晶,被譽為半導體工業皇冠上的明珠。

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可以說,年產值幾百億美元的半導體裝置支撐了年產值幾千億美元的半導體制造產業,而ASML幾乎主導了整個高階光刻機裝置市場。

除了目前可供臺積電三星完成3nm 製程的EUV 光刻機,目前ASML的新一代極紫光刻機也正在商業化中。

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臺積電和三星電子從7奈米開始在一部分工程中匯入了NA=0。33的EUV曝光裝置,並且逐步在5奈米工藝中匯入,據說,2奈米以後的超微縮工藝需要更高解析度的曝光裝置、更高的NA化(NA=0。55)。ASML目前已經完成了高NA EUV曝光裝置的基本設計(即NXE:5000系列),預計在2022年前後實現量產。

光刻機是國內半導體的一大關口,要想擺脫受制於人的被動局面,唯有一條路可走,那就是自研自產,這恐怕要以數年時間為計。要想在光刻機領域破局,是對國家工業技術、工業化能力、基礎科研、人才機制、長期價值觀等全方位的考驗。

在科技追趕的路上,上海微電子及時變現部分技術,成就了後道光刻機的國產化

同樣是光刻機,雖然前道的產業化應用難度非常高,但是原理相同的後道光刻裝置,在先進封裝時代,其應用越來越廣泛,可以說。上海微電子抓住了這個契機。

光刻機市場幾乎被荷蘭ASML、日本尼康和佳能、上海微電子四家所瓜分。儘管上海微電子只擁有低端光刻機市場,但畢竟我們擁有了光刻技術的發展根基。

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上微的決策者們在決定以高階光刻機開發為主線的同時,把已經掌握或部分掌握的技術變成產品,切入半導體行業。上微中標長江儲存的後道光刻機,就是基於這個思路,“沿途下蛋”各類科技產品。現在上海微電子生產的後道光刻裝置,已經在國內相關產業佔據了80%的市場份額,我們目前使用的手機中,都有上微自主研發的先進封裝光刻技術在發揮作用。

而之前,後道光刻機則完全依賴於進口的。

其他產業鏈裝置情況如何呢

目前,我國主流裝置中,去膠裝置、刻蝕裝置、熱處理裝置、清洗裝置等的國產化率均已經達到20%以上。

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介質刻蝕機

介質刻蝕機是我國最具優勢的半導體裝置。其代表廠商是中微公司、北方華創,以及屹唐半導體。其中,中微半導體在介質刻蝕領域較強,其產品已在包括臺積電,SK海力士、中芯國際等廠商的20多條生產線上實現了量產。該公司5nm等離子體蝕刻機已透過臺積電驗證,已用於全球首條5nm工藝生產線。

中微半導體的刻蝕機成為我們首先進入世界先進製程的半導體產業鏈裝置。

鍍膜裝置

中國裝置廠商中,北方華創的薄膜沉積裝置產品種類最多,其28nm硬掩膜PVD已實現量產,銅互連PVD、14nm硬掩膜PVD、Al PVD、LPCVD、ALD(原子沉積)裝置已進入產線驗證階段。

2020年4月,北方華創宣佈,其THEORISSN302D型12英寸氮化矽沉積裝置進入國內積體電路製造龍頭企業。 該裝置的交付,意味著國產立式LPCVD裝置在先進積體電路製造領域的應用拓展上實現重大進展。

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清洗機

在中國的單圓片溼法裝置廠商中,盛美半導體獨家開發的空間交變相位移(SAPS)兆聲波清洗裝置和時序氣穴振盪控制(TEBO)兆聲波清洗裝置已經成功進入韓國及中國的積體電路生產線。

北方華創的清洗裝置也已成功進入中芯國際生產線。

量測裝置

測試需求貫穿半導體設計、前道製造、後道封裝全程。半導體檢測的廣泛應用以及對良率和成本的重要性,總體檢測裝置的投資與光刻、刻蝕等關鍵工藝相差無幾。

目前半導體測試裝置的國產化率仍不足10%。

國內主要的測試裝置商包括華峰測控、長川科技、武漢精鴻等。其中在模擬測試機領域,華峰測控、長川科技已經佔據國內相當一部分市場份額;在儲存測試機領域,武漢精鴻已經取得長江儲存訂單;在SoC測試機領域,包括華峰測控等已經在積極佈局。

離子注入機

離子注入機領域存在較高競爭壁壘,技術集中度較高,目前主要由美國廠商所壟斷。資料顯示,在離子注入機市場,美國應用材料(AppliedMaterials)、亞舍立(Axcelis)合計佔據全球85%-90%的市場。根據中國國際招標網資料顯示,中國本土主要晶圓產線的離子注入機國產化率僅為1%。

結語

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半導體裝置行業被視作半導體晶片製造的基石,擎起了整個現代電子資訊產業,是半導體行業的基礎和核心。

我們必須正視的現實是:中國大陸晶片製造目前佔全球份額的10%左右,而半導體裝置的全球市場份額只有2%,裝置關鍵零部件的全球市場份額接近於0。

半導體裝置廠商目前面臨的機遇與挑戰並存。從容易的市場做起,先生存,再發展。就像上微的後道光刻裝置,在半導體遭遇摩爾定律的瓶頸時,先進封裝的作用將起到至關重要的作用,後道技術被大廠日漸重視,後道光刻成為上海微電子上攻前道光刻技術的本錢。