角逐中國(guó)光刻機(jī)市場(chǎng)

來(lái)源：半導(dǎo)體行業(yè)縱橫

近日，根據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)的消息，華為技術(shù)有限公司于今年11月公布了一項(xiàng)與光刻技術(shù)相關(guān)的專利，引起半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一片沸騰。這項(xiàng)專利主要是用于光刻機(jī)技術(shù)改造升級(jí)，使光刻機(jī)的良品率變得更高，從而提高生產(chǎn)效率。但值得注意的是，這項(xiàng)專利早在2016年就已遞交申請(qǐng)，可能實(shí)際對(duì)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)影響有限。盡管如此，華為光刻機(jī)專利的公布昭示著國(guó)內(nèi)光刻機(jī)仍有一絲曙光。

實(shí)際上，自進(jìn)入2022年以來(lái)國(guó)內(nèi)光刻機(jī)頻頻傳來(lái)好消息。

今年3月，北京國(guó)望光學(xué)光刻曝光系統(tǒng)研發(fā)及批量生產(chǎn)基地項(xiàng)目，獲得了新進(jìn)展，其中已有三家國(guó)產(chǎn)相關(guān)企業(yè)中標(biāo)。也就是說(shuō)，隨著中標(biāo)企業(yè)的公示，國(guó)產(chǎn)芯片制造前道工序的投影光刻機(jī)曝光光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)品，正式進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。

5月，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所宣布已完成了多項(xiàng)技術(shù)突破：完成了國(guó)家重大專項(xiàng)核心光學(xué)元器件 N41 釹玻璃用包邊玻璃研制工作、實(shí)現(xiàn)米級(jí)光柵大口徑離軸反射曝光技術(shù)突破性進(jìn)展以及大尺寸 DKDP 長(zhǎng)籽晶快速生長(zhǎng)技術(shù)新進(jìn)展。

9月，據(jù)“上海發(fā)布”消息，14納米先進(jìn)工藝規(guī)模量產(chǎn)，并且攻克90納米光刻機(jī)、5納米刻蝕機(jī)、12英寸大硅片、國(guó)產(chǎn)CPU、5G芯片等。雖然這款光刻機(jī)制程只有90納米，但經(jīng)過(guò)三次曝光最高可以達(dá)到22納米的水平，并且其主要用于電源管理芯片、LCD驅(qū)動(dòng)芯片、WiFi芯片、射頻芯片、各類數(shù)?；旌想娐返?，已覆蓋全世界范圍內(nèi)70%的主流芯片。

在強(qiáng)需求的大背景下，整個(gè)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)都在加快步伐，并初見(jiàn)成效。

國(guó)產(chǎn)攻堅(jiān)“0-1”

在光刻機(jī)的產(chǎn)業(yè)鏈中，如今國(guó)內(nèi)在雙工作臺(tái)、光學(xué)系統(tǒng)、物鏡系統(tǒng)、光源系統(tǒng)方面均有企業(yè)相繼研發(fā)成功。

在雙工件臺(tái)方面，華卓精科打破了ASML在光刻機(jī)工件臺(tái)上的技術(shù)壟斷，成為世界上第二家掌握雙工件臺(tái)核心技術(shù)的公司。

在光源方面，中國(guó)科益虹源公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的首臺(tái)高能準(zhǔn)分子激光器，以高質(zhì)量和低成本的優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)中國(guó)在準(zhǔn)分子激光技術(shù)領(lǐng)域的空白，其已完成了6kHZ、60w主流ArF光刻機(jī)光源制造。同時(shí)，科益虹源也是上海微電子待交付的28納米光刻機(jī)的光源制造商。

在光學(xué)鏡頭方面，盡管與卡爾蔡司、尼康等公司還有非常大的差距，但奧普光學(xué)提供的鏡頭已經(jīng)可以做到90納米。

在光刻機(jī)整機(jī)生產(chǎn)（中游）方面，上海微電子是國(guó)內(nèi)技術(shù)最領(lǐng)先的光刻設(shè)備廠商，其90納米的光刻機(jī)已獲得突破，正在攻關(guān)的28納米 DUV光刻機(jī)仍待交付。與此同時(shí)，上海微電子還在進(jìn)行14納米光刻機(jī)的研制與調(diào)試。

光刻機(jī)制造的一些關(guān)鍵核心領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，對(duì)掌握核心技術(shù)的重要性不言而喻?，F(xiàn)下已有多家科研院所進(jìn)入光刻機(jī)組裝期。中國(guó)光刻機(jī)的制造力量在不斷加強(qiáng)，與此同時(shí)外部也有一些力量在源源不斷的注入。

外部支持

佳能欲給中國(guó)提供光刻機(jī)

今年10月，光刻機(jī)供應(yīng)商佳能宣布，將在日本東部栃木縣新建一座半導(dǎo)體設(shè)備廠，目標(biāo)將當(dāng)前產(chǎn)能提高一倍，總投資額超過(guò)500億日元（約3.45億美元），計(jì)劃在2023年動(dòng)工，2025年春季開(kāi)始運(yùn)營(yíng)。

據(jù)悉，在2021年的全球光刻機(jī)市場(chǎng)，荷蘭ASML獨(dú)占了79.4%的市場(chǎng)份額，尼康與佳能分別占據(jù)10.4%和10.2%的市場(chǎng)份額。此刻的中國(guó)市場(chǎng)對(duì)于佳能來(lái)說(shuō)則是重奪市場(chǎng)的好時(shí)機(jī)。

目前佳能在日本擁有兩家半導(dǎo)體設(shè)備工廠，此次新建的光刻機(jī)設(shè)備工廠則是佳能近21年來(lái)首次擴(kuò)建。另外，佳能還將考慮生產(chǎn)能夠以低成本制造尖端精細(xì)電路的納米壓印技術(shù)（NIL）。

納米壓印技術(shù)通過(guò)接觸式壓印完成圖形的轉(zhuǎn)移，相當(dāng)于光學(xué)曝光技術(shù)中的曝光和顯影工藝過(guò)程，然后利用刻蝕傳遞工藝將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到其他材料上，可以將耗電量壓低至EUV技術(shù)的10%，并讓設(shè)備投資降低至EUV設(shè)備的40% 。重要的是這項(xiàng)技術(shù)，由佳能與大日本印刷、鎧俠共同開(kāi)發(fā)，并不需要依賴美國(guó)、歐洲等的產(chǎn)業(yè)鏈。

納米壓印技術(shù)微影設(shè)備現(xiàn)階段支持15納米制程，正力爭(zhēng)進(jìn)一步推進(jìn)制程微縮，初期將導(dǎo)入生產(chǎn)DRAM、PC用CPU等，未來(lái)還可望應(yīng)用在手機(jī)AP等極需高階先進(jìn)制程的邏輯IC生產(chǎn)。不過(guò)以最樂(lè)觀進(jìn)程預(yù)估，佳能可望交出能與ASML的EUV一較高下的晶圓廠量產(chǎn)設(shè)備也要到2025年。

尼康擴(kuò)大布局

今年8月份日本尼康就宣布決定，未來(lái)將會(huì)加大在中國(guó)光刻機(jī)市場(chǎng)的投資和布局，與中國(guó)芯片企業(yè)加大合作，計(jì)劃在2026年之前，把光刻機(jī)的出貨規(guī)模提升3倍以上。

尼康此前的大部分客戶都是英特爾等美企，營(yíng)收比例高達(dá)80%以上，美光1β技術(shù)以及美國(guó)本土光刻技術(shù)的出現(xiàn)，給尼康的營(yíng)收也帶來(lái)了更多的不確定性。如今正打算把這份依賴降低到50%以下。此時(shí)中國(guó)市場(chǎng)就成了關(guān)鍵，在尼康眼中，或許中國(guó)市場(chǎng)才更有前景。

和ASML相比，尼康還處于較大的劣勢(shì)，其核心能力集中在最低端的UV（i-line）光刻機(jī)領(lǐng)域以及次高端的DUV領(lǐng)域。不過(guò)，根據(jù)尼康透露，它所要布局的NSR-S635E ArF 浸入式光刻機(jī)與ASML的EUV光刻機(jī)不同，使用DUV光源就可以加工5～7納米的芯片，每小時(shí)可以制造275片晶圓，并且不使用美國(guó)技術(shù)。

ASML爭(zhēng)奪市場(chǎng)

2021年ASML總計(jì)向中國(guó)出售了57臺(tái)光刻機(jī)，中國(guó)也成為ASML的第一大客戶，中國(guó)給ASML貢獻(xiàn)了290多億美元收入，超過(guò)了韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣的大約250億美元。未來(lái)中國(guó)相關(guān)的需求只會(huì)越來(lái)越大，而ASML也希望看見(jiàn)市場(chǎng)客戶加大半導(dǎo)體發(fā)展力度，這樣對(duì)采購(gòu)ASML的光刻機(jī)就有了更多的需求。

前不久，ASML就宣布擴(kuò)產(chǎn)EUV與DUV乃至于下世代EUV設(shè)備計(jì)劃，其年產(chǎn)能要提高到90臺(tái)EUV和600臺(tái)DUV光刻機(jī)。近日，由上海建工四建集團(tuán)承建的臨港重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)F16-01地塊項(xiàng)目，就舉行了鼎泰匠芯潔凈室交付ASML光刻機(jī)搬入儀式。

業(yè)界對(duì)ASML向中國(guó)的出口一直都褒貶不一，或許這是它的誠(chéng)意展現(xiàn)，或許是它的傾銷動(dòng)作，但是可以確定的是，ASML試圖在這個(gè)空窗期加大出貨，爭(zhēng)奪市場(chǎng)，而中國(guó)是一片它難以放棄的沃土。

目前全球有能力制造先進(jìn)光刻機(jī)的，只有ASML、日本的尼康和佳能這三家。同時(shí)，在對(duì)外出口上，這三家也處于絕對(duì)的壟斷地位。如今三家企業(yè)都難以放棄中國(guó)光刻機(jī)的巨大市場(chǎng)。

結(jié)語(yǔ)

光刻機(jī)制造巨頭ASML說(shuō)過(guò)：“中國(guó)不太可能獨(dú)立造出頂級(jí)光刻機(jī)，但永遠(yuǎn)別說(shuō)永遠(yuǎn)?！?/span>

在光刻機(jī)研發(fā)的這條道路上，中國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從“0”到“1”的突破，目前要解決的問(wèn)題，是在“1”后面加幾個(gè)“0”的問(wèn)題。

中國(guó)與國(guó)外成熟技術(shù)相比差距依舊很大，不論是從理論到實(shí)驗(yàn)室再到商用，還是從生產(chǎn)再到上下游適配再到商業(yè)適配都是需要時(shí)間、精力以及金錢去解決的難題。但光刻機(jī)的關(guān)鍵部件仍在努力向自主化一步步靠近，在全面達(dá)到之前，還需要給予國(guó)產(chǎn)技術(shù)多一些耐心與支持。