大战群雄,光刻机大战盘点

来源:互联网企业网站 发布时间:2019-10-27 15:40

光刻机的进化史

光刻机的操作模式是主要通过光来制作一个图形工艺,将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程将器件或电路结构临时复制到硅片上的过程,它作为集成电路生产制造过程中的关键设备,在芯片制作工艺起着举足轻重的作用。

第一代光刻机光源是g-Line,波长为436nm,可以满足0.8-0.35微米制程芯片的生产,对应设备有接触式和接近式光刻机。

第二代光刻机光源是i-Line,波长为365nm,同样可以满足0.8-0.25微米制程芯片的生产。

第三代光刻机光源是KrF,波长为248nm,最小工艺节点提升至180-130nm水平。

第四代光刻机光源是ArF,波长为193nm,最小制程提升至22nm的水平,是目前使用最广的光刻机,也是最具有代表性的一代光刻机。

第五代光刻机光源是EUV,波长为13.5nm,使用的是极紫外光,是当前市场最为先进的一款产品,其制程节点可以达到5nm水平。

从第一代到第四代光刻机,其波长表现为不断减短,工艺节点不断提高,光刻技术也由落后逐步迈向成熟。

日本反攻美国市场

80年代是日本半导体最风光的时候,本土几乎每家大公司大财阀都进入了半导体业。这给尼康和佳能双雄带来巨大的后盾,并开始反攻美国市场。

1984年尼康和GCA平起平坐,各享三成市占率。Ultratech占约一成,Eaton、P&E、佳能、日立等剩下几家每家都不到5%。

ASML在1986年推出非常棒的第二代产品PAS-2500,并第一次进入美国市场。

1988年GCA资金严重匮乏被GeneralSignal收购,又过了几年GCA找不到买主被关闭。GeneralSignal旗下另外一家Ultratech最终被MBO,但是规模也不大了。1990年,P&E光刻部也支撑不下去被卖给SVG。

1980年还占据大半壁江山的美国公司,到80年代末地位完全被日本双雄取代。

ASML大战群雄

尼康在2000年还是行业首位,但到了2009年ASML已经市占率近7成遥遥领先。尼康新产品的不成熟,也间接关联了大量使用其设备的日本半导体厂商的集体衰败。

佳能当年它的数码相机称霸世界利润很好,对一年销量只有百来台的光刻机重视不够。

佳能的思路是一款产品要卖很久,他们一看193nm尼康和ASML打得太厉害就直接撤了。直到现在佳能还在卖350nm和248nm的产品,给液晶面板以及模拟器件厂商供货。

尼康在浸入式一战败下来就彻底没有还手之力了,因为接下来EUV的开发需要投入巨资而且前景未卜,英特尔倒向ASML使得尼康失去了挑战摩尔定律的勇气。

ASML报价16亿美元收购市值只有10亿的硅谷集团。从后来的结果看,ASML等于花钱买了光刻机行业最值钱的门票:英特尔的vendorcode,同时摇晃了尼康的支柱。

作为全球最大的光刻机生产商,荷兰ASML公司也是全球唯一一家拥有高端光刻机生产技术的厂商。

高精度的IC芯片光刻机长期由ASML、尼康和佳能三大巨头垄断。其中自2011-2017以来,ASML、尼康、佳能三家公司几乎占据了全球99%的光刻机市场份额,尤其ASML光刻机市场份额常年维持在60%以上,市场地位极其稳固。

谁先量产EUV技术格外重要

2019年半导体芯片进入7纳米时代,EUV光刻机已然是半导体行业继续冲刺下一代先进制程的最后希望,成为半导体界绝对的终极战略性武器。

三星将于2019年第二季度推出自己的7纳米芯片,而台积电最迟到2019年8月,也会将代工的7纳米华为麒麟990芯片推向市场。

台积电的7纳米工艺已经在2018年量产,但是采用非EUV技术的版本,而是沿用多重曝光技术,到了2019年第一季,台积电采用EUV技术的第二代7纳米工艺就会开始流片,全面迎战三星采用EUV技术的7纳米工艺。

台积电第二代7纳米工艺所以备受注目,是因为首家客户是就是海思新一代的麒麟990处理器,预计第二季可开始生产,这是华为第一款支持5G的处理器,而第二代7纳米工艺(N7+)可以带来电晶体密度再提升20%,功耗降低10%的优势。

华为海思新一代的麒麟990处理器量产时程,会对上三星采用EUV技术的第一代7纳米工艺,但三星主要以支持自己智能手机为主,之前台积电和三星针对究竟是谁先量产EUV技术,是互不相让。

中国光刻机高端技术被压制

根据2018年的数据显示,全球光刻机出货量总共不过600台左右,荷兰的ASML和日本的尼康、佳能出货量就达到了374台。

我国的光刻机技术虽然在不断发展,但是也仅仅只能实现中低端光刻机的生产,并且精度也不够高,至于高端光刻机只能从国外进口,国内高端光刻机技术一直是被国外限制的局面。

在2019中国集成电路设计大会上,中科院院士刘明表示虽然这些年我国在关于光刻机的很多领域取得进展,但是总体来说国内的光刻机技术与国外技术依旧有15到20年。

国产光刻机制作工艺和全球顶尖工艺还有一定差距,要推动国产中高端光刻机整机研发和量产才是关键。

我国相关光刻机产业还集中在中低端产品上,而在高端产品方面其产能具有一定的缺口,且仍需大量进口,因此,对于相关入局的我国企业而言,不得不说是较为严峻的挑战。

对于光刻机这种高精度的设备,其研发过程并没有什么捷径可走,还能一点一点的提升精度。

芯片研发能力是灵魂,那高端光刻机就是承载灵魂的重要容器。目前,我国光刻机核心子系统双工件台系统样机研发项目在2016年就已经内部验收成功,为中国自主研发65nm至28nm双工件干台式及浸没式光刻机奠定了基础。

中国企业就算有技术制造与荷兰同一水平的光刻机,而想制造芯片的企业也只能每年购买10台左右,等到熟悉了7nm工艺操作时,市场上又开始流行5nm、3nm工艺。

垄断为完全的卖方市场

芯片是用光刻机在硅片上蚀刻出来的,光刻机是芯片制作最基础的工具,而光刻机的精度就决定了芯片的精度。但ASML技术太复杂,产量一直上不去,2018年ASML在市场出货量预计破天荒达到18台。

目前在28纳米以下的高精度芯片光刻机市场,只有ASML一家供应商。也就是意味着,如果企业想选用主流芯片技术,就不可避免的成为ASML设备生产的芯片产品的用户。

光刻机技术没有捷径。如果没掌握1微米的技术,就出不来90纳米的技术,没有90纳米就出不来45纳米技术,而现在最新的技术实力,ASML是唯一一个可以提供完整7纳米光刻机技术的厂商。

只有投资ASML,才能够获得优先供货权的合作模式使得ASML获得了大量的资金,包括英特尔、三星、台积电、海力士都在ASML中有相当可观的股份。

大部分半导体行业都是ASML一家的合作伙伴,形成了庞大的共同体,几乎是全行业的利益垄断。

结尾

摩尔定律走到极限之际,有几条路径是延续其寿命的关键,其中之一就是EUV光刻机技术的突破。

AI、5G应用推动芯片微缩化,要实现5nm、3nm等先进制程,意味着需要更新颖的技术支援以进行加工制造,半导体设备商遂陆续推出新一代方案。
以上信息来自互联网渠道。


扫描二维码分享到微信

在线咨询
联系电话

13679048327