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惊了!大族激光还能做光刻机?

时间:2022-10-26 00:22:26 | 浏览:6532

在芯片热潮中,光刻机作为我国半导体的短板,一直是业界人士乃至大众关注的焦点。2020年8月25日,大族激光发布了今年上半年的业绩喜报。中报表示,在今年疫情下,公司收入利润仍做到了稳健增长外,其中最引人注目的地方是,光刻机已接到了少量订单,真

在芯片热潮中,光刻机作为我国半导体的短板,一直是业界人士乃至大众关注的焦点。


2020年8月25日,大族激光发布了今年上半年的业绩喜报。中报表示,在今年疫情下,公司收入利润仍做到了稳健增长外,其中最引人注目的地方是,光刻机已接到了少量订单,真正实现小批量销售。



惊了,难道大族激光把光刻机研发出来还量产了?


在深入了解后发现,其实大族激光研制的光刻机分辨率仅介于3-5μm之间(1μm=1000nm),这种光刻机主要应用于分立器件、LED方面



也即是大族激光尽管涉足光刻机产业,但实际上这种光刻机属于非常低端的那种光刻机设备,并不是制造芯片的光刻机。


毕竟,在这几十年以来,我国举国之力研制的芯片光刻机目前也就勉强使得工艺达到28nm的水平。作为一家民营企业,大族激光如果真的能把芯片光刻机研制出来,那将是一件非常神奇的事情。


光刻机对厂商来说,为什么如此重要?


由于光刻机使用光刻工艺定义了半导体器件的尺寸,因此光刻机对芯片制造的作用非常重要。如果没有光刻机,那么就不能制造出高水平性能的芯片。


制造一台光刻机究竟有多难?


制造光刻机不但需要耗费巨额的资金,而且要具备极高的技术要求。


光刻机在制造设备投资额中的单项占比就高达23%。此外,光刻机制造过程涉及集合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域等多项顶尖技术。


举个例子,ASML生产出来的一台光刻机就包含了10万个零部件,这些零部件需要用到40个标准集装箱才能装下。在零部件的供应方面大致涉及到上游5000多家厂商,比如:德国的蔡司镜头、美国的控制软件和光源、日本的特殊复合材料等等。


可以说,一台光刻机凝聚了整个人类科技文明的智慧结晶。如果要说谁是半导体工业皇冠上的那一颗明珠,那么唯有光刻机才配得上这个称号。



光刻机经历了多少代?


从光刻机诞生至今,一共经历了5代产品的革新。


目前光刻机主要分为UV光刻机、EUV光刻机以及DUV光刻机


最早的光刻机是UV光刻机,使用的光源是汞灯产生的紫外光源,后来采用g-line、i-line光源。


DUV光刻机有两种,一种是干式DUV光刻机,另一种是浸入式DUV光刻机。


干式DUV光刻机是业内早期较低端的光刻机,最高可达65nm制程节点。在浸入式光刻机未推出之前,干式光DUV刻机是市场主推产品。由于无法突破193nm波长,之后被浸入式DUV光刻机所取代。


目前浸入式DUV光刻机是使用最广泛的光刻机,采用ArF光源,光源波长突破193nm,缩短为134nm,NA值为1.35,最高可实现7nm制程节点。


EUV是最高端的光刻机,其研发周期长达十余年。


EUV光刻机采用的是EUV光源,使用的光波波长只有13.5nm,NA(数值孔径)为0.33。


由于EUV光刻机的优势在于不需要经过多重曝光,仅一次就能曝出想要的精细图形,而且没有超纯水和晶圆接触,因此在产品生产周期、光学邻近效应矫正的复杂程度、工艺控制、良率等方面都有明显优势。


格芯首席技术官Gary Patton曾说:“如果在5nm的时候没有使用EUV光刻机,那么光刻的步骤将会超过100步”。



谁垄断了光刻机市场?


全球光刻机市场三分天下,ASML独占鳌头。ASML、尼康、佳能三者光刻机行业集中度高达99%。


ASML是全球光刻机行业绝对龙头,2019年光刻机出货量达到229台,市占率超过60%。ASML不但做到在浸入式DUV光刻机市场占据了最大的份额,而且还垄断了顶级的EUV光刻机市场。目前最先进的14-7nm、5nm的光刻机也就只有ASML能生产。


尼康光刻机领域曾经的世界第一,后被ASML所超越。目前浸入式光刻机也是在ASML之后才推出。


尼康生产的光刻机集中在中高端区域,2019年光刻机出货量为46台,市占率为13%


佳能光刻机则集中在低端区域,2019年光刻机出货量84台,市占率为23%。由于制造高端光刻机的投入成本实在过于巨大,现在佳能已逐渐减少在半导体光刻机领域的投资,转向面板光刻机领域。


国产光刻机领域中,上海微电子一枝独秀。但目前只能达到90nm制程,且主要用于IC的后道封装和面板领域。


不过,就在今年6月初,上海微电子宣布将在2021-2022年交付第一台28nm工艺的国产浸入式DUV光刻机。国产光刻机有望从此前的90nm工艺一举突破到28nm工艺。


一台光刻机有多贵?


由于制造技术极其复杂,加上市场高度垄断,因此光刻机尤其高端光刻机非常昂贵。据市场数据显示,目前业内最先进的第五代EUV光刻机,单台价值为1.2亿美元


对于我国而言,高端光刻机却有价无市。由于《瓦森纳协议》的存在,我国不能短时间买到最新甚至最近几代的光刻机,甚至需要相隔5年才有可能买到二手设备。因为资本为了挣钱,会每过几年更新《瓦森纳协议》的禁售列表,比如2010年90nm以下的光刻机都是不允许销售的,但到2015年就改成65nm以下了。但是,5年时间对于半导体产业而言,已经可以得到数次迭代了。


光刻机实现国产替代很重要


在02专项光刻机项目二期中,设定的时间为2020年12月验收193nmArF浸没式DUV光刻机,如果对标ASML浸没式DUV光刻机产业链分布,各子系统拆分如下:


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。



芯片对于推动一个国家的发展有着重要意义,若是我国一直在芯片领域落后于人,今后的发展必然会受到影响,其中光刻机便是决定胜负的一环。目前我国光刻机研发道路,路漫漫其修远兮。如何走出困境,这需要做出极大的努力,同时也需要很长一段时间才行。


(文章来源于:解析投资)

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