ASML加快極紫光外光刻研發(fā)步伐
早在2013年，ASML就披露說(shuō)，他們將按計(jì)劃在2015年提供450毫米晶圓制造設(shè)備的原型，Intel、三星電子、臺(tái)積電等預(yù)計(jì)將在2018年實(shí)現(xiàn)450毫米晶圓的商業(yè)性量產(chǎn)，與此同時(shí)，極紫外（EUV）光刻設(shè)備也進(jìn)展順利，將在今年交付兩套新的系統(tǒng)。并且ASML在一份聲明中稱：“在客戶合作投資項(xiàng)目的支持下，我們已經(jīng)完成了用于極紫外、沉浸式光刻的450毫米架構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，將在2015年交貨原型，并兼容2018年的量產(chǎn)，當(dāng)然如果整個(gè)產(chǎn)業(yè)來(lái)得及的話?！?/p>
歷史上每次擴(kuò)大晶圓尺寸都會(huì)將可用面積增加30－40％，芯片成本也有相應(yīng)的降低，300毫米過(guò)渡到450毫米同樣如此，所以為了使用更先進(jìn)的制造工藝和極紫外光刻技術(shù)，450毫米晶圓勢(shì)在必行，但隨著尺寸的增大，晶圓制造的難度也是指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，因此450毫米晶圓提了很多年了，但至今仍然沒(méi)能投入實(shí)用。
ASML為推進(jìn)、加速研發(fā)450毫米晶圓和極紫外光刻技術(shù)，受到刺激的ASML還耗資25億美元收購(gòu)了關(guān)鍵的光學(xué)技術(shù)提供商Cymer，加快極紫外光刻進(jìn)展。
為什么說(shuō)光刻機(jī)對(duì)晶圓廠至關(guān)重要
光刻設(shè)備是一種投影曝光系統(tǒng)。在半導(dǎo)體制作過(guò)程中，光刻設(shè)備會(huì)投射光束，穿過(guò)印著圖案的掩模及光學(xué)鏡片，將線路圖曝光在帶有光刻膠的硅晶圓上；通過(guò)光刻膠與光的反應(yīng)來(lái)形成溝槽，然后再進(jìn)行沉積、蝕刻、摻雜，架構(gòu)出不同材質(zhì)的線路。
其中掩膜版上面會(huì)有很多的布線，形成溝槽以后在里面會(huì)布很多的二極管、三極管等，來(lái)形成不同的功能。單位面積上布的線越多，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能就越多，效能也越高，耗能越少。
當(dāng)然，并不是每個(gè)晶圓廠都必須配置光刻機(jī)，當(dāng)自身產(chǎn)能不是很大或者生產(chǎn)中耗能太高、產(chǎn)生環(huán)境污染的時(shí)候，這部分的需求可以轉(zhuǎn)移到晶圓代工廠去。美國(guó)現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是，由于高耗能、有污染所以自己不生產(chǎn)，把先前很多工廠轉(zhuǎn)移到了臺(tái)灣。臺(tái)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(shè)備轉(zhuǎn)移到大陸廠商，如中芯國(guó)際、臺(tái)積電南京等。
一個(gè)12寸廠每月的產(chǎn)能大約是8－9萬(wàn)片，這已經(jīng)是很高的水平了，換算到光刻機(jī)的產(chǎn)能大約是每天3000片，實(shí)際中效率可能每小時(shí)110－120片。涂膠的速度是制約光刻機(jī)生產(chǎn)效率的核心因素，涂膠機(jī)目前主要被日本的DNS和TEL壟斷。
除了生產(chǎn)線以外，晶圓廠的研發(fā)部門也需要光刻機(jī)。
半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)化，工藝制程設(shè)備有待突破
隨著AI芯片、5G芯片、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等下游的興起，全球半導(dǎo)體行業(yè)重回景氣周期。行業(yè)預(yù)計(jì)全球?qū)⒂?020年前投產(chǎn)62座半導(dǎo)體晶圓廠，其中26座設(shè)于中國(guó)大陸（其中10座是12寸廠），中國(guó)大陸預(yù)計(jì)于2019年成為全球設(shè)備支出最高地區(qū)，為國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備的崛起提供了發(fā)展機(jī)會(huì)。
從設(shè)備需求端測(cè)算，2018－2020年國(guó)產(chǎn)晶圓制造設(shè)備市場(chǎng)空間增速分別為54％，78％和97％，2018－2020年累計(jì)市場(chǎng)空間達(dá)250億元，CAGR 為87％。
從興建晶圓廠投資端測(cè)算，2018－2020年國(guó)產(chǎn)晶圓制造設(shè)備市場(chǎng)空間增速分別為157％， 94％和31％， 2018－2020年累計(jì)市場(chǎng)空間387億元，CAGR 為59％。平均每年超百億的市場(chǎng)空間在機(jī)械行業(yè)中難得一見。
2016年全球半導(dǎo)體專用設(shè)備前十名制造商（美國(guó)應(yīng)用材料，荷蘭ASML等）的銷售規(guī)模達(dá)到了379億美元，市占率高達(dá)92％。而中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備前十名制造商的銷售額約7．3億美元，在收入規(guī)模上差距大，其根本原因還是來(lái)自技術(shù)上的差距。
目前我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備自制率不足15％，且集中于晶圓制造的后道封測(cè)，前道工藝制程環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備如光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積等仍有待突破，且晶圓制造等設(shè)備在采購(gòu)中面臨國(guó)外企業(yè)的技術(shù)封鎖，全面國(guó)產(chǎn)化是必然選擇。
隨著這兩年，中國(guó)晶圓廠進(jìn)入了投資擴(kuò)產(chǎn)熱潮。中國(guó)大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在繼續(xù)以驚人的速度擴(kuò)張。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年在中國(guó)就有將近20個(gè)新開工的晶圓制造廠建設(shè)項(xiàng)目。
在晶圓廠制造中，光刻決定了半導(dǎo)體線路的精度，以及芯片功耗與性能，相關(guān)設(shè)備需要集成材料、光學(xué)、機(jī)電等領(lǐng)域最尖端的技術(shù)，被譽(yù)為是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠。單臺(tái)設(shè)備價(jià)格在2000萬(wàn)美金以上，是中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備最需突破的環(huán)節(jié)之一。
結(jié)語(yǔ)
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(fā)優(yōu)勢(shì)，但只能達(dá)到42nm，尼康在日本本土能達(dá)到28nm。而上海微電子，在技術(shù)上來(lái)說(shuō)只能做到8寸廠的工藝，并且在工藝的重復(fù)性以及光源上還相差甚遠(yuǎn)，暫時(shí)無(wú)法達(dá)標(biāo)。
8寸晶圓一般是65nm級(jí)別的技術(shù)，主要應(yīng)用于較為低端的芯片裝置，比如物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、部分顯卡等。對(duì)顯卡消耗較大的區(qū)塊鏈也一定程度上拉動(dòng)了對(duì)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(chǔ)芯片（DRAM＼NAND等），終端下游為個(gè)人電腦、智能手機(jī)等。
因此從整體上看，中國(guó)在8寸設(shè)備上取得了一些進(jìn)步，正在向12寸發(fā)展，但這條路還很長(zhǎng)。而在光刻環(huán)節(jié)國(guó)內(nèi)還無(wú)法做到。就目前來(lái)說(shuō)，中國(guó)新建晶圓廠，到時(shí)候沒(méi)有光刻機(jī)供應(yīng)的話，是有很大影響的。