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科创板首度迎来光刻设备产业链,半导体设备国产化之路走到哪了?

半导体行业资讯  · 公众号  · 半导体  · 2019-11-02 15:01

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来源:微信公众号“创业财经汇”。版权归 原作者所有,如有侵权请联系删除,感谢!


一部 5G 手机的诞生,极度依赖半导体工艺技术的打造。 5G 手机相较于 4G 手机,当中硅含量大增,不单是使用芯片数量的增加,还有芯片技术和功能的复杂化。


台积电日前释出 5G 订单升温速度是又急又猛的讯息,更解释,很多 5G 芯片因为功耗的考量,非常依赖半导体高端工艺 7nm 和 5nm 节点,带动当前 7nm 产能吃紧,以及 5nm 产能的建置也提前发动。

(图: DeepTech)


一颗 IC 过七关,光刻工艺最聚焦


一颗小小的 5G 芯片被打造出来,经历千锤百炼,最关键是步骤是过七关: 扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、抛光、检测 ,这短短的七道关卡已经隐含了半导体产业多数的黄金价值。


当中,光刻步骤最为关键,决定了半导体线路的线宽、性能和功耗,涉及的精密技术含量也最高, 最先进的极紫外 EUV 光刻机一台的价格高达一亿欧元,一年也只出货 20 台左右,因此,光刻机一直被视为皇冠上的明珠。


这颗“明珠”指的不只是光刻机技术,更是在全球半导体产业链地位举足轻重的荷商光刻机大厂ASML。

日前于重庆登场的 2019 中国集成电路产业发展研讨会暨第二十二届中国集成电路制造年会(CICD 2019) 中,对于光刻产业链有深度探讨。


先从三个数据来快速扫瞄 ASML 光刻机的全球地位 (根据 2018 年数据):


一, 论金额,全球占比 90% 。

二, 论出货数量,全球占比 66%。

三, 论极紫外光 EUV 光刻机,全球占比 100%。


全球光刻机产业经历相当激烈的竞争历程,走到今日,ASML 是全球独大。


以出货数量来看,ASML 全球占比约 66%、佳能占 23%、尼康占 10%。 以金额来看,ASML 全球占比高达 90%,主因是 EUV 单价高,拉升占比。 若只看最新一代 EUV 光刻机,ASML 占比当然是 100%。

(图: DeepTech)


(图: DeepTech)

在国内半导体市场中,ASML 的市场份额也高达将近 68% ,与全球的份额相当。 其中, 华虹无锡 12 寸厂、上海华力微二期、存储 DRAM  厂福建晋华等,几乎都是采购 ASML 机台 ,长江存储的光刻机则是来自 ASML 和佳能。

(图: DeepTech)


(图: DeepTech)

(图: DeepTech)

全球光刻机技术的发展历程,共经历了五代产品和技术:


第一代: g-Line, 波长为 436nm,以 0.8 ~ 0.35 微米制程芯片为主。


第二代: i-Line, 波长为 365nm,同样以 0.8 ~ 0.25 微米制程芯片为主。


第三代: KrF, 波长为 248nm,最小工艺节点提升至 0.18 ~ 0.13 微米。


第四代: ArF, 波长为 193nm,最小制程提升至 22nm。


第五代: EUV, 波长为 13.5nm 的极紫外光,主要用在 7nm 以下。


随着每一代光刻机技术在光源、波长、最小工艺节点上的改善,也用来制造更为精密的芯片, 除了第一代 g-Line 光刻机已经被市场淘汰,其他产品都仍在服役阶段。


再者, 第一代到第四代光刻机的光源都是属于深紫外光(DUV),直到第五代光源才进化到极紫外光(EUV)。


经历每一代技术的竞争和淘汰,全球光刻机供应商也从 ASML 、尼康、佳能,日立等多家并存于市场, 一直发展到 EUV 时代,只剩下 ASML 一家,这是非常罕见的状况,居然有一家公司把持 100% 的技术,完全没有竞争者和可替代者。


中银国际证券研究部副总裁杨绍辉在重庆登场的中国集成电路制造年会中,对于光刻产业链有深度分析。


他指出, 2018 年全球光刻机销售量约 379 台 ,其中 EUV 占 18 台、i-Line 占 128 台、KrF 占 113 台、浸入式光刻 ArF immersion 占 93 台、不使用浸入式光刻 ArF dry 占 27 台。


再者,ASML 从 KrF 光刻技术开始,一直到 ArF immersion、ArF dry、EUV 都是市占率领先,尤其是到了 EUV 光刻世代更是全球 100% 占比。


在光刻的程序中,也有一些国产设备材料商加入,例如 光刻机有上海微电子、涂胶显影设备有沈阳芯源、去胶设备有屹唐半导体 ,以下是针对光刻机、涂胶显影设备、去胶设备等三大块市场中,国内外厂商的对比:


光刻机:
国际供应商: ASML、佳能、尼康
国产供应商: 上海微电子


涂胶显影设备:
国际供应商: 日本TEL、日本SCREEN、日本佳能。
国产供应商: 沈阳芯源、盛美。


去胶设备:
国际供应商: 韩国PSK、Lam Research、日立
国产供应商: 屹唐半导体


国内光刻机供应商的代表就属成立于 2002 年的上海微电子。


一般芯片光刻分为前道工艺和后道封装,ASML 就是前道光刻机的霸主,目前已经做到 7nm 和 5nm,且研发出 EUV 技术。


相较于前道光刻机的技术门槛高、研发周期长,且投资非常庞大,后道封装的光刻机技术领域,相对是比较容易进入的门槛。


上海微电子目前主力的光刻机产品就是在芯片后端的封装工艺上,这一块领域 ASML 并未没涉入,目前上海微 电子 在芯片后段封装光刻机领域的 国内 市占率有将近 80%。


再者,上海微电子也有前段技术的光刻机产品,约在 90nm 技术节点左右,但距离大量生产且导入客户端仍有段距离。

在光刻工艺流程中,涂胶显影设备也是一个重要环节, 全球涂胶显影设备市场规模约 22.6 亿美元,日本半导体设备大厂TEL全球市场份额 85% 以上,即使是国内,TEL 市场份额也约 90%,处于绝对垄断地位。

日前有一家涂胶显影设备即将跃上科创板,那就是沈阳芯源,已经成功科创板 IPO 过会 ,在光刻产业链供应商中,是第一家成功跃上科创板的半导体光刻设备供应链供应商,十足具代表性意义。


科创板中的半导体设备材料供应商有刻蚀设备供应商中微、化学机械研磨液材料供应商安集,沈阳芯源即将以涂胶显影设备供应商的身份加入科创板。


相较于刻蚀产业,涂胶显影设备的国产化比率不高,沈阳芯源虽然处于初始阶段,是任重道远,产品已经进入长江存储、上海华力微等。

(图: DeepTech)


(图: DeepTech)

(图: DeepTech)

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