光刻機是光刻工藝的核心設(shè)備
光刻機(lithography)又名:掩模對準(zhǔn)曝光機,曝光系統(tǒng),光刻系統(tǒng)等,是制造芯片的核心裝備。它采用類似照片沖印的技術(shù),把掩膜版上的精細圖形通過光線的曝光印制到硅片上。
光刻機一般根據(jù)操作的簡便性分為三種,手動、半自動、全自動。
手動:指的是對準(zhǔn)的調(diào)節(jié)方式,是通過手調(diào)旋鈕改變它的X軸,Y軸和thita角度來完成對準(zhǔn),對準(zhǔn)精度不高。
半自動:指的是對準(zhǔn)可以通過電動軸根據(jù)CCD的進行定位調(diào)諧。
自動:指的是從基板的上載下載,曝光時長和循環(huán)都是通過程序控制,自動光刻機主要是滿足工廠對于處理量的需要。
光刻工藝定義了半導(dǎo)體器件的尺寸,是IC制造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作為芯片生產(chǎn)流程中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的步驟,光刻工藝難度最大、耗時最長,芯片在生產(chǎn)過程中一般需要進行20~30次光刻,耗費時間約占整個硅片工藝的40~60%,成本極高,約為整個硅片制造工藝的1/3。一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕、檢測等工序。
光刻機是光刻工藝的核心設(shè)備,也是所有半導(dǎo)體制造設(shè)備中技術(shù)含量最高的設(shè)備,包含上萬個零部件,集合了數(shù)學(xué)、光學(xué)、流體力學(xué)、高分子物理與化學(xué)、表面物理與化學(xué)、精密儀器、機械、自動化、軟件、圖像識別領(lǐng)域等多項頂尖技術(shù)。作為整個芯片工業(yè)制造中必不可少的精密設(shè)備——光刻機,其光刻的工藝水平直接決定芯片的制程和性能水平,因此光刻機更是被譽為半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠。
光刻機行業(yè)市場規(guī)模的增量主要來自EUV,全球銷量占比27%的EUV與ArF immersion占光刻機市場銷售額的82%。EUV光刻機銷量31臺占比8%,銷售額55億美元同比增長76%,占光刻機市場規(guī)模的比例為41%;ArF i銷量80臺占19%,銷售額估計54億美元同比下降7%,但占全球光刻機市場的40%。值得注意的是,EUV數(shù)量占比最小,而金額占比最小,i-Line市場數(shù)量占比最高為34%,而金額占比僅為3%,體現(xiàn)出工業(yè)不同的價格差距,高端光刻機工藝壟斷,下游具備較強議價權(quán),而低端產(chǎn)品雖然銷量較高,然而市場價格競爭激烈,價格較低。
根據(jù)《電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告》,我國半導(dǎo)體設(shè)備國產(chǎn)化率約為18.8%。該數(shù)據(jù)包括集成電路、LED、面板、光伏等設(shè)備,預(yù)計國內(nèi)集成電路設(shè)備國產(chǎn)化率僅為8%左右。細分而言,目前我國企業(yè)在去膠設(shè)備、清洗設(shè)備、刻蝕設(shè)備、熱處理設(shè)備、PVD設(shè)備、CVD設(shè)備、CMP設(shè)備、涂膠顯影設(shè)備均有突破,部分產(chǎn)品成功實現(xiàn)了國產(chǎn)替代。然而對于光刻設(shè)備我國仍處于被掐住喉嚨的狀況,國產(chǎn)化率仍不到百分之一,市場高度依賴進口,且國產(chǎn)化進程整體較慢。
隨著中國大陸代工廠的不斷擴建,未來對于國產(chǎn)光刻機的需求不斷提升,而當(dāng)前國內(nèi)與國外頂尖光刻機制程仍存在較大差距,國產(chǎn)光刻機應(yīng)從如下幾個方面尋求突破:1、產(chǎn)業(yè)分工:國內(nèi)涉及相關(guān)光刻機零部件的企業(yè)形成產(chǎn)業(yè)分工,各取所長研發(fā)、提供相應(yīng)的技術(shù)和零部件;2、科研投入:目前國內(nèi)企業(yè)仍存有買辦思維,光刻機作為人類智慧的結(jié)晶,高科技產(chǎn)物,科研投入必不可少;3、技術(shù)突破:匯集頂尖人才對于核心技術(shù)優(yōu)先突破;4、人才積累:注重獎勵機制。
整體而言,目前全球光刻設(shè)備的格局是:ASML一家獨占鰲頭,成為唯一的一線供應(yīng)商,旗下產(chǎn)品覆蓋了全部級別的光刻機設(shè)備;Nikon高開低走,但憑借多年技術(shù)積累,勉強保住二線供應(yīng)商地位;而Canon只能屈居三線;上海微電子裝備(SMEE)作為后起之秀,暫時只能提供低端光刻設(shè)備,由于光刻設(shè)備對知識產(chǎn)權(quán)和供應(yīng)鏈要求極高,短期很難達到國際領(lǐng)先水平。
目前光刻機行業(yè)已經(jīng)成為一個高度壟斷的行業(yè)。如果沒有特別原因,這一格局在未來的時間里都很難發(fā)生變化。
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