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一份关于国产光刻机龙头——上海微电子的介绍

时间:2019-06-13 00:30 来源:未知 作者:admin

  编者按:近日,关于ASML的一则流言的传出,又惹起了国内对光刻机的关心。作为芯片财产的主要设备,光刻机的意义是不问可知的。值着这个机遇,我们在这里转载一份关于国产光刻机龙头上海微电子的引见,协助大师对本土这个范畴有更深的领会。

  上海微电子是在国度科技部和上海市当局配合鞭策下,由国内多家企业集团和投资公司配合投资组建的高科技企业。公司成立于2002年,次要处置半导体配备、泛半导体配备以及高端智能配备的设想制造发卖,此中光刻设备是公司的主停业务。公司在光刻设备范畴具有全国最先辈的手艺。目前公司光刻机能够使用于集成电路财产链中晶圆制造、封装测试,以及平板显示、高亮度 LED 等范畴。

  1.2 公司在大陆市场份额高,业绩逐步向好

  公司是大陆光刻设备龙头企业。目前公司所研发的高端前道光刻机实现90nm制程。在中端先辈封装光刻机和LED光刻机范畴,公司手艺领先,在中国大陆市场份额曾经跨越80%。其先辈封装光刻机率先实现量产并远销海外市场,获得多项大奖和手艺认证广受业内承认。按照芯思惟数据,上海微电子2018年出货大要在50-60台之间。

  按照中国半导体协会,公司在半导体设备商中排名第5,是独一上榜的特地研究发卖光刻机的厂商。

  公司具有强大的研发团队,自主立异能力不竭提拔。在国度的鼎力支撑下,公司不竭通过引进优良的人才强大焦点团队以进一步提拔公司的合作力和产物研发效率。按照国投高新,上海微电子目前研发步队不竭强大,此中包罗具有杰出才能的国度千人打算专家、上海市科技领甲士才、上海市手艺学科带头人等分量级专业人才。按照企查查数据,公司近年来专利发布数量呈增加态势,这也显示出上微自主立异能力不竭提拔。截至2018年12月,SMEE间接持有各类专利及专利申请跨越2400项,同时公司通过扶植并参与财产学问产权联盟,进一步整合共享了大量联盟成员学问产权资本,涉及光刻设备、激光使用、检测类、特殊使用类等各大产物手艺范畴,全面笼盖产物的次要发卖地区,使得公司合作实力不竭提拔。公司是国度重点搀扶企业。上海微电子在国度02专项的支撑下积极结构光刻机制造。

  上海微电子积极为 IPO 做预备。按照证监会发布的《上海微电子配备(集团)股份无限公司教导存案根基环境表》,公司曾经在 2017 年 12 月27 日与中信建投证券股份无限公司签订教导和谈并进行教导存案。

  1.3 公司实控人是上海国资委

  公司最大股东为上海电气,股本占比达到32.09%。上海市国资委是公司的现实节制人,其通过电气集团、上海科投、泰力投资等股东合计持有公司 53.49%的股权。公司具有4家全资子公司以及一家参股子公司。

  光刻机:高壁垒本钱稠密焦点设备,市场广漠龙头集中

  2.1 光刻手艺是实现先辈制程的环节设备

  光刻机使用普遍,包罗IC前道光刻机、用于封装的后道光刻机以及用于LED范畴及面板范畴的光刻机等等。封装光刻机对于光刻的精度要求低于前道光刻要求,面板光刻机与IC前道光刻机工艺比拟手艺精度也更低,一般为微米级。IC前道光刻机手艺最为复杂,光刻工艺是IC 制造的焦点环节,操纵光刻手艺能够将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上。光刻机是一种投影曝光系统,包罗光源、光学镜片、瞄准系统等。在制造过程中,通过投射光束,穿过掩膜板和光学镜片映照涂敷在基底上的光敏性光刻胶,颠末显影后能够将电路图最终转移到硅晶圆上。

  光刻机分为无掩模光刻机和有掩模光刻机。无掩模光刻机可分为电子束直写光刻机、离子束直写光刻机、激光直写光刻机。电子束直写光刻机能够用于高分辩率掩模版以及集成电路原型验证芯片等的制造,激光直写光刻机一般是用于小批量特定芯片的制造。有掩模光刻机分为接触/接近式光刻机和投影式光刻机。接触式光刻和接近式光刻机呈现的期间较早,投影光刻机手艺愈加先辈,图形比例不需要为1:1,减低了掩膜板制造成本,目前在先辈制程中普遍利用。跟着曝光光源的改良,光刻机工艺手艺节点不竭缩小。

  目前最先辈的光刻机来自ASML的EUV光刻机,采用13.5nm光源,最小能够实现7nm的制程。此设备的开辟难度更高,利用前提更复杂目前只要ASML打破此项手艺。由于所有物质接收EUV辐射,用于收集光(收集器),调理光束(照明器)和图案转移(投影光学器件)的光学器件必需利用高机能钼硅多层反射镜,而且必需容纳整个光学路径在近真空情况中,整个设备十分复杂。

  芯片尺寸的缩小以及机能的提拔依赖于光刻手艺的成长。光刻设备光源波长的进一步缩小将鞭策先辈制程的成长,进而降低芯片功耗以及缩小芯片的尺寸。按照International Society for Optics and Photonics以及VLSI Research研究发觉,高精度EUV光刻机的利用将使die和wafer的成本进一步减小,可是设备本身成本也会增加。

  目前光刻工艺是IC 制造中最环节也是最复杂步调,光刻机是目前成本最高的半导体设备,光刻工艺也是制造中占用时间比最大的步调。其约占晶圆出产线%。以光刻机行业龙头ASML为例,其研发投入每年在10亿欧元摆布,而且逐年增加。

  高端EUV价钱不竭攀升。按照芯思惟,2018年单台EUV平均售价1.04亿欧元,较2017年单台平均售价增加4%。而在2018年一季度和第四时的售价更是高达1.16亿欧元。

  2.2 光刻机市场空间广漠,凹凸端市场款式悬殊

  2.2.1. 光刻机市场龙头集中,中低端市场广漠合作激烈

  光刻机设备市场龙头集中,EUV光刻机被ASML垄断。全球光刻机出货量99%集中在ASML,尼康和佳能。此中ASML份额最高,达到67.3%,且垄断了高端EUV光刻机市场。ASML手艺先辈离不开高投入,其研发费用率一直维持在15%-20%,远高于Nikon和Canon。

  ASML在高端EUV、ArFi、ArF机型市场拥有率不竭提拔。2017年ASML上述三种机型出货量合计为101台,市场份额占比为78.29%,到2018年ASML出货量增加到120台,市场份额约90% 。2018年ASML共出货224台光刻机,较2017年198年添加26台,增加13.13%。Nikon2018年度(非财年)光刻机共出货106台,半导体用光刻机出货36台,同比增加33.33%,面板(FPD)用光刻机出货70台。2018年Canon光刻机出货183台,同比增1.6%。半导体用光刻机出货达114台,增加62.85%。可是次要是i-line、KrF两个低端机台出货,其面板(FPD)用光刻机出货69台。

  IC前道光刻机国产化严峻不足。目前国内光刻机处于手艺领先的是上海微电子,其最先辈的ArF光源光刻机节点为90nm,中国企业手艺全体较为掉队,在先辈制程方面与国外厂商仍有较大差距。

  Nikon 和 Canon 目前在高端市场手艺与 ASML 相差甚远几乎完全退出市场,Canon 也退出了 ArF 光源光刻机研发与发卖,将其营业重点集中于中低端光刻机市场,包罗封装光刻机、LED 光刻机以及面板光刻机等,与复杂的 IC 前道制造比拟,工艺要乞降手艺壁垒较低。

  封装光刻机手艺不竭成长,新手艺不竭出现。与前端区域相关。翘曲处置以及异质材料对光刻手艺形成了庞大挑战。此外,一些MEMS制造设备需要切确的层层瞄准,步进和掩模瞄准器是目前多量量制造中利用的两种次要光刻手艺。激光间接成像(LDI)和激光烧蚀等新的光刻手艺也不竭出现。

  中低端光刻机需求量不竭增加,市场所作加剧。按照Yole,2015-2020年先辈封装、MEMS以及LED光刻机出货量将持续增加,估计到2020年总数将跨越250台/年。中低端市场的不竭增加次要受先辈封装的鞭策,跟着步进手艺成长,2015年到2020年先辈封装光刻设备出货量年复合增加率达到15%。MEMS光刻市场次要受益于IC前道制造光刻机的反复利用与改装。中低端光刻机市场规模的不竭扩大和相对于前道制造较低的手艺壁垒,合作者数目较多,目前尼康与佳能是中低端市场两大龙头。

  2.2.2.半导体产线升级为光刻设备带来更大需求

  晶圆尺寸变大和制程缩小将使产线所需的设备数量加大,机能要求变高。12寸晶圆产线中所需的光刻机数量相较于8寸晶圆产线将进一步上升,先辈制程的成长将进一步提拔对于光刻机机能的要求。

  跟着财产转移和建厂潮的鞭策和边际需求改善,光刻设备市场将不竭增加。按照Varianat Market Research,到2025年全球光刻设备市场规模估量将达到4.917亿美元; 从2017年到2025年的复合年增加率将达到为15.8%。

  对接多元光刻机市场需求,积极开辟封装、LED和平板显示光刻机营业3.公司前道光刻机差距较大,后道封装光刻机劣势较着

  3.1.1.公司前道光刻机与国际先辈程度差距较大

  公司IC前道光刻机手艺与国际先辈程度差距较着。IC前道光刻机研发迭代周期长,耗资庞大,目前国际IC前道光刻机霸主ASML已实现7 nm EUV光刻先辈工艺,而国内龙头上海微电子因为起步较晚且手艺堆集亏弱,目前手艺节点为90 nm,且多以激光成像手艺为主,客观上与国际先辈程度具有较大差距。

  依托国度专项公司率先实现90 nm制程,将来无望逐渐实现45、28 nm。公司自2002年创立至今积极投入IC前道光刻机产物研发,公司600系列步进扫描投影光刻机采用四倍缩小倍率的投影物镜、工艺自顺应调焦调平手艺,及高速高精的自减振六自在度工件台掩模台手艺,可满足IC前道制造90nm、110nm、280nm光刻工艺需求,合用于8、12寸线的大规模工业出产。目前公司90nm 制程的IC前道光刻机样机已通过专家组现场测试, 而90 nm为光刻机的一个手艺台阶,迈过 90 nm这一台阶就很容易实现 65 nm,再对 65 nm升级就能够实现 45 nm制程。在国度严重科技专项的支撑下,上海微电子的IC前道光刻机无望在将来几年实现 45 nm、28 nm制程,逐渐缩小与国际先辈程度的差距。

  3.1.2.公司封装光刻机手艺先辈,将来将依托于广漠市场不竭成长

  SIP封装市场快速成长,公司封装光刻机市场空间广漠。SIP封装(System In a Package系统级封装)将一个或多个IC芯片及被动器件整合到统一封装中,成为了IC封装范畴最高端的一种先辈封装手艺。在电子设备小型化、5G、IOT和市场周期变短等的多重因子鞭策下,SIP市场规模敏捷扩张,2016年全球系统级封装市场规模为54.4亿美元,估计到2023年无望达90.7亿美元,2016-2023年复合增加率达7.58%,SIP先辈封装市场连结快速成长。

  公司封装光刻机满足各类先辈封装工艺需求,国内及全球市占率别离达80%和40%。全球SIP需在分歧芯片或器件间打通电畅通路,节点不克不及过于精细,不然焦深不足将无法穿透,公司主打的500系列IC后道封装光刻机正好满足这一要求。公司500系列封装光刻机国内领先,环节目标达到或接近国际先辈程度,具备超大视场,高产率出产、支撑翘曲片键合片曝光、高精度套刻及温控、多种双面临准和红外可见光丈量等特征,能够满足各类先辈封装工艺的需求。公司封装光刻机已实现批量供货,公司已成为长电科技、日月光半导体、通富微电等封测龙头企业的主要供应商,并出口海外市场,国内市场拥有率高达80%,全球市场拥有率达40%。

  3.2 国内LED市场需求快速增加,公司LED光刻机机能目标领先

  国内LED市场快速扩张,鞭策LED光刻机需求增加。跟着LED行业产能逐步向中国转移,中国LED市场规模快速增加,从2011年的1545亿元增加至2017年LED市场规模达到5509亿元,复合年增加率达23.6%,且LED行业趋向转好,市场规模增加率持续七年超10%。国内快速扩张的LED市场规模,将进一步鞭策国内LED光刻机需求。

  公司LED/MEMS/功率器件光刻机机能目标领先,LED光刻机市占率第一。公司300系列步进投影光刻机面向6英寸以下中小基底先辈光刻使用范畴,具备高分辩率(0.8um)、高速在线Mapping、高精度拼接及套刻、多尺寸基底自顺应、完满婚配Aligner和高产能等特征,满足HB-LED、MEMS和Power Devices等范畴单双面光刻工艺需求,公司LED光刻机各项机能目标占领市场领先地位,其顶用于LED 制造的投影光刻机市场拥有率第一。

  3.3 国内FPD财产高速成长,公司积极开辟FPD光刻机市场。”

  国内FPD财产处于高速成长阶段,市场成长空间庞大。跟着国内FPD出产线的扶植和连续投产及下流电子设备使用多元化成长,我国FPD财产步入快速成长期间,产能持续增加。据商务部数据显示,2013年国内FPD产能仅为22百万平方米,而2017年国内产能敏捷增加到96百万平方米,2013-2017年成长率高达336.36%,估计2020年我国FPD产能将达到194百万平方米,2013-2020年复合增加率达36.48%,FPD市场连结高速增加,成长空间庞大。

  国内FPD产能全球占比持续提拔,至2017年中国成为全球第二大FPD供应区。.在FPD财产逐步向中国大陆转移和中国大陆以京东方为首的FPD厂商投资力度加大的双重感化下,国内FPD产能全球占比持续提拔。据商务部数据显示,2013年国内FPD产能全球占比仅为13.9%,2017年国内FPD产能全球占比上升至34%,2013-2017年增加率达144.60%,中国跃升为全球第二大FPD供应区,估计2020年国内FPD产能全球占比将提高至52%,届时中国将成为全球最大的FPD出产基地。

  尼康、佳能FPD光刻手艺劣势较着,根基垄断了FPD光刻机市场。目前尼康和佳能受ASML挤压根基已退至20亿美金规模的低端平板显示光刻机市场,但两者在FPD光刻范畴具有绝对的手艺劣势。

  尼康FPD光刻手艺劣势:尼康在目前全球FPD光刻系统市场中拥有最高份额;尼康FPD光刻系统采用多镜头扫描方式,实现了较高的精度和出产效率;跟着玻璃板每年变大,答应从它们切割更大都量的面板,有需要提超出跨越产率,从而能够通过单次曝光来图案化更宽区域上的电路。尼康公司基于其奇特的手艺开辟了多镜头系统来处理这一问题,为了无效曝光,尼康将多个镜头排成两排,笼盖了很大的曝光面积,最大的尼康FPD光刻系统FX -101有多达14个镜头陈列成行,这些镜头被切确节制为一个庞大的镜头;目前最大的第10代玻璃板的尺寸达3.13×2.88米,尼康为这款Gen 10平板配备了尖端的FX-101S系统,可以或许无效地出产跨越60英寸的大尺寸面板;制造高清晰度FPD需要各类手艺,包罗通过透镜的切确曝光,玻璃板的切确定位,玻璃板概况变形的丈量和调整,尼康独立开辟了这些手艺并将其使用于FPD光刻系统,同时实现了高精度和超出跨越产率;自1986年尼康在FPD制造范畴推出NSR-L7501G以来,尼康开辟并发卖了大量的FPD光刻系统,尼康不只是大型FPDs光刻系统的带领者,并且还为智妙手机和平板电脑出产中小型高清FPDs供给抱负的型号;

  佳能FPD光刻手艺劣势:因为弧形的成像范畴使得获得最佳成像特征成为可能,佳能的设备能够扫描弧形的曝光区域,从而在大面积范畴内获得高分辩率的机能;通过同时利用AS和OAS方式来察看失真,佳能的夹杂瞄准系统能够进一步提高检测时间和更切确的丈量;为领会决之前曝光过程中发生的模式失真,佳能的高精度速度平台对扫描速度和标的目的进行了微调,在曝光过程中批改光刻板上的掩模图形;操纵非线性失真校正手艺连系扫描校正机制,能够处置衬底上各类外形的变形,并更精确地将其与掩模上的图案对齐。

  公司积极参与FPD光刻机市场所作,实现首台4.5代TFT投影光刻机进入用户出产线系列投影光刻机采用先辈的投影光刻机平台手艺,公用于AM-OLED和LCD显示屏TFT电路制造,具备高精度(1.5um)、支撑小Mask(6英寸)降低用户利用成本和智能化校准及诊断特征,可使用于2.5代~6代的TFT显示屏量产线。目前市场支流的OLED量产机型为6代,研发机型为2.5或4.5代,因为尼康及佳能不供给6代以下机型,公司6代以下机型全球领先。

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