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ASML內部“霍亂”,中國晶圓廠成為“首發受害者”

2018-12-05
關鍵詞: ASML 晶圓 芯片 物聯網

ASML加快極紫光外光刻研發步伐

早在2013年,ASML就披露說,他們將按計劃在2015年提供450毫米晶圓制造設備的原型,Intel、三星電子、臺積電等預計將在2018年實現450毫米晶圓的商業性量產,與此同時,極紫外(EUV)光刻設備也進展順利,將在今年交付兩套新的系統。并且ASML在一份聲明中稱:“在客戶合作投資項目的支持下,我們已經完成了用于極紫外、沉浸式光刻的450毫米架構的概念設計,將在2015年交貨原型,并兼容2018年的量產,當然如果整個產業來得及的話?!?/p>

歷史上每次擴大晶圓尺寸都會將可用面積增加30-40%,芯片成本也有相應的降低,300毫米過渡到450毫米同樣如此,所以為了使用更先進的制造工藝和極紫外光刻技術,450毫米晶圓勢在必行,但隨著尺寸的增大,晶圓制造的難度也是指數級增長,因此450毫米晶圓提了很多年了,但至今仍然沒能投入實用。

ASML為推進、加速研發450毫米晶圓和極紫外光刻技術,受到刺激的ASML還耗資25億美元收購了關鍵的光學技術提供商Cymer,加快極紫外光刻進展。

為什么說光刻機對晶圓廠至關重要

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光刻設備是一種投影曝光系統。在半導體制作過程中,光刻設備會投射光束,穿過印著圖案的掩模及光學鏡片,將線路圖曝光在帶有光刻膠的硅晶圓上;通過光刻膠與光的反應來形成溝槽,然后再進行沉積、蝕刻、摻雜,架構出不同材質的線路。

其中掩膜版上面會有很多的布線,形成溝槽以后在里面會布很多的二極管、三極管等,來形成不同的功能。單位面積上布的線越多,能夠實現的功能就越多,效能也越高,耗能越少。

當然,并不是每個晶圓廠都必須配置光刻機,當自身產能不是很大或者生產中耗能太高、產生環境污染的時候,這部分的需求可以轉移到晶圓代工廠去。美國現在的發展趨勢是,由于高耗能、有污染所以自己不生產,把先前很多工廠轉移到了臺灣。臺灣由于地域限制,工廠主要集中在新竹,污染、能耗都很大,所以也想把設備轉移到大陸廠商,如中芯國際、臺積電南京等。

一個12寸廠每月的產能大約是8-9萬片,這已經是很高的水平了,換算到光刻機的產能大約是每天3000片,實際中效率可能每小時110-120片。涂膠的速度是制約光刻機生產效率的核心因素,涂膠機目前主要被日本的DNS和TEL壟斷。

除了生產線以外,晶圓廠的研發部門也需要光刻機。

半導體國產化,工藝制程設備有待突破

隨著AI芯片、5G芯片、汽車電子、物聯網等下游的興起,全球半導體行業重回景氣周期。行業預計全球將于2020年前投產62座半導體晶圓廠,其中26座設于中國大陸(其中10座是12寸廠),中國大陸預計于2019年成為全球設備支出最高地區,為國產半導體設備的崛起提供了發展機會。

從設備需求端測算,2018-2020年國產晶圓制造設備市場空間增速分別為54%,78%和97%,2018-2020年累計市場空間達250億元,CAGR 為87%。

從興建晶圓廠投資端測算,2018-2020年國產晶圓制造設備市場空間增速分別為157%, 94%和31%, 2018-2020年累計市場空間387億元,CAGR 為59%。平均每年超百億的市場空間在機械行業中難得一見。

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2016年全球半導體專用設備前十名制造商(美國應用材料,荷蘭ASML等)的銷售規模達到了379億美元,市占率高達92%。而中國半導體設備前十名制造商的銷售額約7.3億美元,在收入規模上差距大,其根本原因還是來自技術上的差距。

目前我國半導體設備自制率不足15%,且集中于晶圓制造的后道封測,前道工藝制程環節的關鍵設備如光刻機、刻蝕機、薄膜沉積等仍有待突破,且晶圓制造等設備在采購中面臨國外企業的技術封鎖,全面國產化是必然選擇。

隨著這兩年,中國晶圓廠進入了投資擴產熱潮。中國大陸的半導體產業正在繼續以驚人的速度擴張。據統計,2019年在中國就有將近20個新開工的晶圓制造廠建設項目。

在晶圓廠制造中,光刻決定了半導體線路的精度,以及芯片功耗與性能,相關設備需要集成材料、光學、機電等領域最尖端的技術,被譽為是半導體產業皇冠上的明珠。單臺設備價格在2000萬美金以上,是中國半導體設備最需突破的環節之一。

結語

目前,除了ASML,其他廠商在EUV方面,尼康和佳能在一開始有先發優勢,但只能達到42nm,尼康在日本本土能達到28nm。而上海微電子,在技術上來說只能做到8寸廠的工藝,并且在工藝的重復性以及光源上還相差甚遠,暫時無法達標。

8寸晶圓一般是65nm級別的技術,主要應用于較為低端的芯片裝置,比如物聯網、汽車電子、部分顯卡等。對顯卡消耗較大的區塊鏈也一定程度上拉動了對8寸晶圓的需求。12寸晶圓一般用于高端的邏輯芯片(CPU\GPU等)和存儲芯片(DRAM\NAND等),終端下游為個人電腦、智能手機等。

因此從整體上看,中國在8寸設備上取得了一些進步,正在向12寸發展,但這條路還很長。而在光刻環節國內還無法做到。就目前來說,中國新建晶圓廠,到時候沒有光刻機供應的話,是有很大影響的。


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