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分析 | EUV光掩膜价格居高不下,光刻机争霸赛再启高潮

近期,伴随美国加码对华为制裁的传言甚嚣尘上,围绕台积电、中芯国际、ASML等公司的动向成为国人关注的焦点。尽管最近,目前ASML表示向中芯国际交付光刻机除了疫情影响之外,已经没有了其他阻碍。这对中芯国际是个利好,但是在中美贸易战加剧的大背景下,中国不得不把主要精力放在自己的备胎计划上。拨开中美贸易争端迷雾,围绕科技制高点的争斗才是核心,特别是芯片。美国加码限制台积电供货华为,阻挠ASML卖光刻机给中芯国际,便是通过断供光刻机切断EUV光掩膜供应来达成“断芯”华为的目的。

芯片巨头,垄断全球光刻机市场

据悉,ASML作为芯片加工设备光刻机的第一强者,目前占据全球大部分市场份额,只有日本的两家光刻机公司(尼康和佳能)稍有竞争的潜能,但也只是占据很小的市场份额。

分析 | EUV光掩膜价格居高不下,光刻机争霸赛再启高潮

光刻机的原理就是用光来投射到reticle上产生衍射,然后镜头收集到光汇聚到wafer上,形成图形,所以光是产生图形的必要条件。光刻机分为紫外光源(UV)、深紫外光源(DUV)、极紫外光源(EUV),主要技术指标准分子激光器扫描步进投影光刻机,最关键的三项技术指标是:光刻分辨率、套刻精度和产能。为了提供波长更短的光源,尖端工艺大多采用极紫外光源(EUV)。

EUV光掩模和传统光掩模不同之处在于,传统光掩模是有选择性地传输193nm波长的光线,将电路图案投射到晶圆上,但当采用13.5nm波长的EUV微影技术时,所有的光掩模材料都是不透光的,因此具复合多涂层反射镜的光掩模可将电路图案反射到晶圆上。随着半导体晶圆制程技术的飞速发展,半导体制造厂持续遵循摩尔定律,不断挑战更先进的制程,动辄几十万到百万美金级别的光掩膜费用。由于EUV光刻量产工程的导入、以中国为首的新兴企业设计活动的兴起,光掩膜市场出现了较大的增长,特别是EUV光掩膜价格居高不下。2019年的半导体光掩膜市场继续刷新历史新高,与2018年相比同比增长15%,增至人民币294.9亿元。EUV光掩膜市场规模也已超过人民币60亿元。2020年以后EUV光掩膜还将出现继续增长的趋势。

技术封锁,国内行业期待突破壁垒

尽管行业预测半导体工艺蓝图在未来10年可以一路推进至1nm,但却可能因光刻胶材料的提前遇到瓶颈。台积电最先导入了EUV的“N7+”代,又计划在今年量产“N5”。据报道,“N5”有10层以上(是以往的2倍)的EUV层。同样,三星电子也完成了华城地区的EUV专用产线“V1”的建设,且把5nm定位为硬刚台积电的主要手段。因此可见,未来EUV光刻的消费将会迎来巨大的增长,光刻机争霸赛将再起高潮。其中一个巨大的挑战,就是进入3nm工艺,需要成本降低,分辨率更高的EUV光刻胶技术,这也是EUV光掩膜降价的最主要途径。

分析 | EUV光掩膜价格居高不下,光刻机争霸赛再启高潮

之前EUV技术的临界多在光源,因为光源的功率不足,会影响芯片的生产效率,这也过去多年以来EUV技术一直在推迟量产的原因。目前ASML的光源功率可以达到250w,实现每小时155片晶圆吞吐量;而在实验室里更高,可以实现超过300w的光源功率。光源问题解决后,EUV技术面临的是光刻胶技术的限制。光刻胶技术应该是全球集中度最高,且壁垒最高的材料,日本和美国合计占市场份额高达95%。在248nm和193nm的光刻中,主流有超过20年之久都是使用化学放大光刻胶CAR。在EUV技术下,光子撞击CAR光刻胶并产生光酸,之后CAR光刻胶在曝光后的过程中进行光酸催化反应,进而产生光刻图案。

不过,当CAR光刻胶用于EUV上,因为光源能量大幅增加,可能会出现不同且复杂的结果,进而影响芯片良率。近几年不同的新EUV光刻胶技术陆续问世,例如也是液态式的金属氧化物光刻胶,或是干式的光刻胶等,不断点燃包括三星、英特尔、ASML等公司在内的投资热情。在整个半导体产业链生态中,这是一次材料革新带来的巨大商机。

分析 | EUV光掩膜价格居高不下,光刻机争霸赛再启高潮

与其被动挨打,不如主动出击。三星等韩国企业受日本断供的严重影响,不得不重整产业链,重建生态,以尽全力摆脱对日本依赖。华为更是如此,近期,韩国企业受日本断供影响,也在完善自己的供应链华为减少台积电订单,逐步向中芯国际转单,并派驻大量工程师进驻中芯国际。我们期待中国企业在争霸赛中,不断积攒通往未来的实力。

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