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国产光刻机发展现状研究

李亚东 2019-08-15 1951 0

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科技最前沿

剖析产业发展现状

为区域/园区工作者洞悉行业发展

光刻机在芯片制造领域具有举足轻重的地位,光刻机决定了晶体管的尺寸,晶体管的尺寸对于芯片的性能具有重大意义,半导体行业对于芯片性能的不断追求推动了光刻机产品的不断升级与创新。目前光刻机市场呈现寡头垄断的局面,高端技术掌握在巨头企业手中。国产光刻机的技术仍然落后于国外,在技术研发以及人才建设上还有很长的路要走。

摘要:光刻机在芯片制造领域具有举足轻重的地位,光刻机决定了晶体管的尺寸,晶体管的尺寸对于芯片的性能具有重大意义,半导体行业对于芯片性能的不断追求推动了光刻机产品的不断升级与创新。目前光刻机市场呈现寡头垄断的局面,高端技术掌握在巨头企业手中。国产光刻机的技术仍然落后于国外,在技术研发以及人才建设上还有很长的路要走。

光刻机是光刻工艺的核心设备,价值含量大、技术要求高,涉及精密光学、精密运动、高精度环境控制等多项先进技术。在所有晶圆制造设备中,光刻机设备投资占比最多达到30%,其次是刻蚀设备(20%),PVD(15%),CVD(10%),测量设备(10%),离子注入设备(5%)等。

晶圆制造设备投资占比拆分

图1 晶圆制造设备投资占比拆分

(资料来源:公开资料整理)

国外光刻机市场及技术现状

全球光刻机市场处于寡头垄断状态,2017年全球光刻胶销售额中,ASML(荷兰)占据全球76%的市场份额、尼康(日本)11%、佳能(日本)6%。而高端7nm制程的EUV极紫外光光刻机设备领域,完全被ASML垄断,目前世界上最先进的ASML EUV极紫外光光刻机单价达到一亿美元以上,且供不应求。

2017年全球光刻机设备销售额占比

图2 2017年全球光刻机设备销售额占比

(资料来源:公开资料整理)

根据光源的不断改进和工艺创新,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。在光刻机技术上,目前最先进的是阿斯麦极紫外光刻机可以实现7nm制程工艺,尼康与佳能还在第四代光刻机阶段徘徊。其中尼康NRS系列有浸入式步进扫描光刻机,参数指标上勉强可以达到ASML高端产品的水准。但是从客户反馈来看,Nikon高端系列实际性能相比ASML同档次设备仍有不小差距,尤其是在套刻精度上远远达不到官方宣称水准,以至于尼康光刻设备在售价不到ASML同类产品一半的前提下,依旧销售不佳。

五代光刻机的技术工艺说明

图3 五代光刻机的技术工艺说明

(资料来源:公开资料整理)

国内光刻机市场及技术现状

2016年,中国大陆半导体设备市场首次超过北美和日本,销售额达到64.6亿美元,同比增长13%,成为全球半导体设备销售第三大市场。2017年,中国大陆半导体销售额以27%的增速达到了82.3亿的市场规模,全球占比15%,仅次于韩国的32%与中国台湾的20%,我国已经成为半导体设备销售大国。

相比于国内半导体设备销售市场的繁荣,国产光刻机相对黯淡的多。由于起步较晚且技术积累薄弱,国产光刻机研发企业相对较少,目前仅有上海微电子、合肥芯硕、无锡影速等几家企业。在公司已量产的光刻机中,技术最先进的是上海微电子的SSA600/20光刻机,可以用来加工90nm制程的芯片,最新的65nm光刻机还在设备验证阶段。但从指标上看,SSA600/20基本也和ASML的低端产品PAS5500系列属于同一档次,与国外技术相比落后5-6代左右。由此可见,国产光刻机要突破垄断仍然长路漫漫。

结语

国际光刻机巨头实行技术垄断,高端的设备仍然对国内禁售,国产厂商企短时间内很难改变现有市场格局。不过在“02”专项和大基金的推动下,我国半导体设备产业从无到有,已经有了根本性的进步。而紧接着大基金二期将向国内半导体产业链薄弱环节倾斜,更多投资于材料与设备领域,高端光刻机获得资金和政策双重支持的概率非常大。上海微电子承担着多项国家重大科技专项以及 02 专项光刻机科研任务,在高端国产光刻设备领域有望实现重大突破。

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