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光刻機是光刻工藝的核心設備

        光刻機(lithography)又名:掩模對準曝光機,曝光系統,光刻系統等,是制造芯片的核心裝備。它采用類似照片沖印的技術,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:指的是對準的調節方式,是通過手調旋鈕改變它的X軸,Y軸和thita角度來完成對準,對準精度不高。

 

  半自動:指的是對準可以通過電動軸根據CCD的進行定位調諧。

 

  自動:指的是從基板的上載下載,曝光時長和循環都是通過程序控制,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體器件的尺寸,是IC制造中的關鍵環節。作為芯片生產流程中最復雜、最關鍵的步驟,光刻工藝難度最大、耗時最長,芯片在生產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歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準曝光、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備,也是所有半導體制造設備中技術含量最高的設備,包含上萬個零部件,集合了數學、光學、流體力學、高分子物理與化學、表面物理與化學、精密儀器、機械、自動化、軟件、圖像識別領域等多項頂尖技術。作為整個芯片工業制造中必不可少的精密設備——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體工業皇冠上的明珠。

 

光刻機行業市場規模的增量主要來自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數量占比最小,而金額占比最小,i-Line市場數量占比最高為34%,而金額占比僅為3%,體現出工業不同的價格差距,高端光刻機工藝壟斷,下游具備較強議價權,而低端產品雖然銷量較高,然而市場價格競爭激烈,價格較低。

根據《電路產業發展研究報告》,我國半導體設備國產化率約為18.8%。該數據包括集成電路、LED、面板、光伏等設備,預計國內集成電路設備國產化率僅為8%左右。細分而言,目前我國企業在去膠設備、清洗設備、刻蝕設備、熱處理設備、PVD設備、CVD設備、CMP設備、涂膠顯影設備均有突破,部分產品成功實現了國產替代。然而對于光刻設備我國仍處于被掐住喉嚨的狀況,國產化率仍不到百分之一,市場高度依賴進口,且國產化進程整體較慢。

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隨著中國大陸代工廠的不斷擴建,未來對于國產光刻機的需求不斷提升,而當前國內與國外頂尖光刻機制程仍存在較大差距,國產光刻機應從如下幾個方面尋求突破:1、產業分工:國內涉及相關光刻機零部件的企業形成產業分工,各取所長研發、提供相應的技術和零部件;2、科研投入:目前國內企業仍存有買辦思維,光刻機作為人類智慧的結晶,高科技產物,科研投入必不可少;3、技術突破:匯集頂尖人才對于核心技術優先突破;4、人才積累:注重獎勵機制。

 

整體而言,目前全球光刻設備的格局是:ASML一家獨占鰲頭,成為唯一的一線供應商,旗下產品覆蓋了全部級別的光刻機設備;Nikon高開低走,但憑借多年技術積累,勉強保住二線供應商地位;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備,由于光刻設備對知識產權和供應鏈要求極高,短期很難達到國際領先水平。

 

目前光刻機行業已經成為一個高度壟斷的行業。如果沒有特別原因,這一格局在未來的時間里都很難發生變化。

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標簽:   光刻機
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