根據(jù)SEMI預(yù)測,2021年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模有望增長34%至953億美元,,到2022年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場有望突破1000億美元,主要驅(qū)動力來自于半導(dǎo)體行業(yè)擴張周期下全球半導(dǎo)體廠商資本開支不斷增加,。
光刻機無疑是芯片制造設(shè)備中最重要的設(shè)備之一。光刻設(shè)備對光學(xué)技術(shù)和供應(yīng)鏈要求極高,,擁有極高技術(shù)壁壘,,已成為高度壟斷行業(yè)。
三足鼎立與一騎絕塵
ASML,、尼康,、佳能已牢牢占據(jù)如今的光刻機市場,整個市場形成了三足鼎立的局面,。2021年,,這三家的集成電路用光刻機出貨達478臺,較2020年的413臺增加65臺,。從總營收來看,,2021年前三大ASML、尼康,、佳能的光刻機總營收達1076億元人民幣,,較2020年小幅增長8.9%。從營收占比來看,,ASML占據(jù)80%的份額,。
ASML似乎已經(jīng)成為了“光刻機”的代名詞,作為當仁不讓的龍頭光刻機廠商,,ASML旗下產(chǎn)品覆蓋全部級別光刻機設(shè)備,。不僅如此,ASML還在能夠適配7nm到5nm制程芯片的設(shè)計制造的超高端EUV光刻機領(lǐng)域一騎絕塵,。
尼康和佳能早年已經(jīng)放棄更先進光刻機的研究,。因為技術(shù)水平不夠,尼康和佳能在7nm及以下制程芯片的制造能力已落后于ASML,,業(yè)務(wù)發(fā)展主要依賴中低端光刻機市場,,未來ASML的行業(yè)地位將更加穩(wěn)固。
目前,,尼康主推ArF浸沒式技術(shù),,大部分精力都在Arf和i-line光刻機領(lǐng)域。EUV技術(shù)的運用尚不成熟,,光刻工藝距離ASML仍有不小差距,。不過,尼康仍然有野心追趕ASML,。
佳能主要的光刻機產(chǎn)品則集中在i-line光刻機上面,。尼康雖然在光刻機行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)持續(xù)下滑態(tài)勢,,但憑借多年技術(shù)積累位居二線供應(yīng)商地位;佳能只能屈居三線,。
國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備的最大短板
光刻機的制造集合了精密光學(xué),、精密儀器、高分子物理與化學(xué)等多項世界頂尖先進技術(shù),,光刻機被譽為“半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠”,。由于光刻的工藝水平直接決定芯片的制程水平和性能水平,光刻成為 IC 制造中最復(fù)雜,、最關(guān)鍵的工藝步驟,,耗費時間約占整個硅片工藝的 40%—60%。
處在光刻機“食物鏈頂端”的則是EUV光刻機,。EUV光刻機的發(fā)展,,能夠幫助半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越性的發(fā)展。5G技術(shù)的發(fā)展,,萬物互聯(lián)概念的爆火,,都使高端芯片的需求更加的旺盛,而利用EUV光刻技術(shù)則能真正的幫助我們實現(xiàn)高速,、低功耗和高集成的芯片生產(chǎn)工藝,,滿足了5G高性能、超帶寬,、低時延和海量連接的需求,。
EUV高端光刻機制造技術(shù)高度復(fù)雜,光學(xué)鏡頭,、光源設(shè)備,、是最為核心的。高精密光學(xué)鏡片是光刻機核心部件之一,,高數(shù)值孔徑的鏡頭決定光刻機分辨率以及套值誤差能力,,EUV極紫外光刻機唯一可使用的鏡頭由卡爾蔡司生產(chǎn);高性能光刻機需要體積小,、功率高和穩(wěn)定的光源,,主流EUV光源為激光等離子光源(LPP),目前只有美國廠商Cymer和日本廠商Gigaphoton才能夠生產(chǎn),。但是這些所有的核心部件皆對中國禁運,。受制于該技術(shù)的高壁壘,光刻機成為中國半導(dǎo)體設(shè)備制造的最大短板,。短時間內(nèi),,中國光刻機難以追趕世界光刻機世界水平。
國產(chǎn)光刻機設(shè)備之光
雖然國內(nèi)的光刻機產(chǎn)業(yè)暫時還無法追平國際大廠的水平,,但是國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備廠商及相關(guān)零部件廠商也正在努力發(fā)光發(fā)亮,。
上海微電子
在我國光刻機設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域,,上海微電子一騎絕塵。
上海微電子自2002年成立,,至今也有了20年的光刻機研發(fā)歷史,,其生產(chǎn)的SSX600系列步進掃描投影光刻機采用四倍縮小倍率的投影物鏡、工藝自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平技術(shù),,以及高速高精的自減振六自由度工件臺掩模臺技術(shù),,可滿足IC前道制造90nm、110nm,、280nm關(guān)鍵層和非關(guān)鍵層的光刻工藝需求,該設(shè)備可用于8吋線或12吋線的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn),。
奧普光電
奧普光電成立于2001年,,主營光電測控儀器設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售,。具備國內(nèi)一流的光學(xué)精密機械與光學(xué)材料研發(fā)和生產(chǎn)能力,。實際上,得益于在光學(xué)與精密機械等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和綜合制造優(yōu)勢,,公司成功參與了包括神舟號載人航天飛船在內(nèi)的多項國家重大工程任務(wù),,有效帶動了業(yè)績表現(xiàn)。
同時,,借助大股東長春光機所,,在國產(chǎn)光刻機領(lǐng)域的龍頭地位,奧普光電極具資源整合優(yōu)勢,。
而隨著長春光電高端光刻機曝光系統(tǒng)的研發(fā),,進入沖刺階段。奧普光電有望成功站上光刻機國產(chǎn)替代的風(fēng)口,。
科益虹源
2016年7月,,中國科學(xué)院光電院、中國科學(xué)院微電子研究所,、北京亦莊國際投資有限公司,、中科院國有資產(chǎn)經(jīng)營有限公司共同投資創(chuàng)立科益虹源。其關(guān)鍵在于,,科益虹源是中國唯一,、世界第三具備高端準分子激光技術(shù)的公司,高端準分子激光器是生產(chǎn)光刻機所需的核心器件,??埔婧缭吹墓庠醇夹g(shù),彌補中國在高端光源制造領(lǐng)域的空白,。
2020年4月份,,科益虹源集成電路光刻光源制造及服務(wù)基地項目開工建設(shè),。該項目由北京科益虹源光電技術(shù)有限公司投資建設(shè),總投資5億元,,建筑面積1.2萬平方米,,年產(chǎn)RS222型光刻準分子激光器、光刻用準分子激光器,、405光纖耦合頭等各類設(shè)備30臺(套),。
ASML的成就,中國企業(yè)可取多少,?
ASML的成功之路也并非康莊大道,,但其成功史,也絕對算得上業(yè)內(nèi)傳奇,。ASML成立初期,,也有技術(shù)落后和資金不足的阻礙,又加上半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的周期性的衰退,,幾乎走投無路,;1995年,ASML上市,,充足的資金給夠了ASML發(fā)展動力,;2000年,ASML推出TWINSCAN雙工件臺光刻機,,一舉奠定了ASML的龍頭地位,;2010年ASML公司成功研發(fā)首臺EUV光刻機,由此一騎絕塵,,將行業(yè)內(nèi)其他廠商遠遠甩在了身后,。ASML的輝煌路與產(chǎn)業(yè)大環(huán)境和外部因素助力有關(guān),也是其自身重視科技與研發(fā),,把握產(chǎn)業(yè)前沿動態(tài)技術(shù)的必然結(jié)果,。
ASML在成立之時,發(fā)展得并不順利,,也離不開外部的支持,。得益于通過歐洲基金和荷蘭政府早期的補貼,才堅持下來,。上市之后,,也正是因為獲得了更多的資金,才能心無旁騖的鉆入研究中,。
ASML更勇于創(chuàng)新,,積極研發(fā)。ASML之所以能成為世界上唯一可以生產(chǎn)EUV光刻機的公司,,離不開當初臺積電當初建議的“浸入式光刻技術(shù)”方案,,這項技術(shù)提出時業(yè)內(nèi)很少有人愿意嘗試,,有ASML愿意嘗試該技術(shù)。使用該方案,,ASML將光源波長一舉從193nm縮短到132nm,。ASML也快速蠶食光刻機市場份額。此外,,ASML從不吝嗇投入研發(fā)費用,,研究投入長期領(lǐng)先于行業(yè)競爭對手,ASML研發(fā)費用占總銷售額比率約20%,,遠超行業(yè)平均水平的3%,。
ASML是開放的。ASML并非是一個100%的“原創(chuàng)者”,,ASML光刻機中超過90%零件都是向外采購,。制造光刻機的零部件來自全球各地的龍頭企業(yè),ASML比競品公司更能明白整合供應(yīng)鏈的重要性,。尼康在與ASML競爭中失敗的一個重要原因就是尼康想把所有光刻機零件研發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)都掌握在自己手里。
ASML已經(jīng)很多上下游企業(yè)形成龐大的利益共同體,,形成高度生態(tài)體系壁壘,。為解決資金困境,2012年ASML還提出了“客戶聯(lián)合投資計劃”,,客戶入股可以保證最先拿到最新設(shè)備,,IBM、三星,、海力士,、臺積電等客戶都是它的股東??梢哉f,,大半個半導(dǎo)體行業(yè),都是ASML的合作伙伴,,從而形成了龐大的利益集團,。
星星之光,何以生輝,?
從政策層面來看,,半導(dǎo)體行業(yè)對資金的需求本來就大,加之光刻機產(chǎn)業(yè)不是一場可以速戰(zhàn)速決的戰(zhàn)爭,,政府應(yīng)該保證相關(guān)支持政策及資金的持久性與連貫性,。除了國家資金外,社會資本對整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)動向的洞悉會更靈活深入,。利用國家大基金等資本的帶動作用,,引導(dǎo)社會資本深入半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),,布局先進技術(shù),更能推動光刻機產(chǎn)業(yè)的整體進步,。
從產(chǎn)業(yè)來看,,國內(nèi)光刻機產(chǎn)業(yè)應(yīng)該促進整個產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)調(diào)發(fā)展,相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)形成良好的產(chǎn)業(yè)分工,,從零部件到整機,,企業(yè)做自己擅長的事情,建立更為緊密的合作關(guān)系,,加快光刻機產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)替代進程,。
從企業(yè)本身來看,企業(yè)應(yīng)該積極吸收外部經(jīng)驗,,開放式創(chuàng)新,。不放過任何可能成功的機會,把握行業(yè)前沿動態(tài),,積極投入研發(fā),。其實,并非所有的芯片制造都需要EUV光刻機,,尼康,、佳能日本光刻機企業(yè)在全球半導(dǎo)體設(shè)備市場仍然有一定的地位和實力。國內(nèi)的企業(yè)可以與這些光刻機企業(yè)建立合作關(guān)系和技術(shù)合作,,吸收積累技術(shù),。