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光刻机是光刻工艺的核心设备

        光刻机(lithography)又名:掩模对准曝光机,曝光系统,光刻系统等,是制造芯片的核心装备。它采用类似照片冲印的技术,把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。

 

  光刻机一般根据操作的简便性分为三种,手动、半自动、全自动。

 

  手动:指的是对准的调节方式,是通过手调旋钮改变它的X轴,Y轴和thita角度来完成对准,对准精度不高。

 

  半自动:指的是对准可以通过电动轴根据CCD的进行定位调谐。

 

  自动:指的是从基板的上载下载,曝光时长和循环都是通过程序控制,自动光刻机主要是满足工厂对于处理量的需要。

 

  光刻工艺定义了半导体器件的尺寸,是IC制造中的关键环节。作为芯片生产流程中最复杂、最关键的步骤,光刻工艺难度最大、耗时最长,芯片在生产过程中一般需要进行20~30次光刻,耗费时间约占整个硅片工艺的40~60%,成本极高,约为整个硅片制造工艺的1/3。一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。

 

  光刻机是光刻工艺的核心设备,也是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备,包含上万个零部件,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。作为整个芯片工业制造中必不可少的精密设备——光刻机,其光刻的工艺水平直接决定芯片的制程和性能水平,因此光刻机更是被誉为半导体工业皇冠上的明珠。

 

光刻机行业市场规模的增量主要来自EUV,全球销量占比27%的EUV与ArF immersion占光刻机市场销售额的82%。EUV光刻机销量31台占比8%,销售额55亿美元同比增长76%,占光刻机市场规模的比例为41%;ArF i销量80台占19%,销售额估计54亿美元同比下降7%,但占全球光刻机市场的40%。值得注意的是,EUV数量占比最小,而金额占比最小,i-Line市场数量占比最高为34%,而金额占比仅为3%,体现出工业不同的价格差距,高端光刻机工艺垄断,下游具备较强议价权,而低端产品虽然销量较高,然而市场价格竞争激烈,价格较低。

根据《电路产业发展研究报告》,我国半导体设备国产化率约为18.8%。该数据包括集成电路、LED、面板、光伏等设备,预计国内集成电路设备国产化率仅为8%左右。细分而言,目前我国企业在去胶设备、清洗设备、刻蚀设备、热处理设备、PVD设备、CVD设备、CMP设备、涂胶显影设备均有突破,部分产品成功实现了国产替代。然而对于光刻设备我国仍处于被掐住喉咙的状况,国产化率仍不到百分之一,市场高度依赖进口,且国产化进程整体较慢。

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随着中国大陆代工厂的不断扩建,未来对于国产光刻机的需求不断提升,而当前国内与国外顶尖光刻机制程仍存在较大差距,国产光刻机应从如下几个方面寻求突破:1、产业分工:国内涉及相关光刻机零部件的企业形成产业分工,各取所长研发、提供相应的技术和零部件;2、科研投入:目前国内企业仍存有买办思维,光刻机作为人类智慧的结晶,高科技产物,科研投入必不可少;3、技术突破:汇集顶尖人才对于核心技术优先突破;4、人才积累:注重奖励机制。

 

整体而言,目前全球光刻设备的格局是:ASML一家独占鳌头,成为唯一的一线供应商,旗下产品覆盖了全部级别的光刻机设备;Nikon高开低走,但凭借多年技术积累,勉强保住二线供应商地位;而Canon只能屈居三线;上海微电子装备(SMEE)作为后起之秀,暂时只能提供低端光刻设备,由于光刻设备对知识产权和供应链要求极高,短期很难达到国际领先水平。

 

目前光刻机行业已经成为一个高度垄断的行业。如果没有特别原因,这一格局在未来的时间里都很难发生变化。

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