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【上海微电子】上海微电子——中国唯一的光刻机巨头,卧薪尝胆18年,能,主力资金流向

2020-12-14 16:14| 发布者: admin| 查看: 6| 评论: 0

摘要: 18在中国是一个非常重要的数字山路十八弯,降龙十八掌、女大十八变、十八般武艺、十八层地狱、少林寺有十八铜人、佛教有十八罗汉、身份证有十八位数字、十八年后又是一条好汉、十八岁成年,最牛的电影十八岁才可以今 ...

18在中国是一个非常重要数字山路十八弯,降龙十八掌、女大十八变、十八般武艺、十八层地狱、少林寺有十八铜人、佛教有十八罗汉、身份证有十八位数字、十八年后又是一条好汉、十八岁成年,最牛的电影十八岁才可以

今年我们要说的主角也十八岁了,它就是——上海微电子装备有限公司。

无论是身为晶圆代工界霸主的台积电,还是奋力追赶台积电的巨头三星,虽然都在一定程度上掌握着全球芯片的发展方向,但却依旧离不开垄断全球市场的光刻机巨头--ASML。由于ASML旗下的光刻机年产量有限,因此所有晶圆代工厂都需要提前预约,抢着给它送钱。大家都知道的中芯国际订购的最先进的光刻机现在还没到。。。。

被技术垄断支配的恐惧,相大多数国人都印象深刻,中兴事件,深深让国人感受到了中国在半导体芯片领域的薄弱,而近段时间美国升级对华为的制裁,更是让国人认识到了中国在芯片制造设备领域的薄弱。不过没关系,中国人向来是没有技术就研发技术,没有产品就创造产品,从来不甘心受制于人。就像当年前辈们用算盘敲出天数字题的结果一样,我国芯片设计企业、芯片代工企业以及光刻机制造商接连诞生。

例如华为、中芯国际以及上海微电子。其中,上海微电子是目前中国第一家也是唯一一家光刻机巨头,其魄力和勇气可见一斑。据公开资料显示,上海微电子正式成立于2002年,该公司所生产的光刻机主要定位低端市场,具备90nm及以下的芯片制造能力。

虽然在技术实力方面无法跟世界巨头ASML向抗衡,但上海微电子成立至今所取得的成绩依旧足够国人为其感到骄傲。根据芯思想研究院数据可知,上海微电子在2018年的光刻机出货量大概在50台到60台之间,另外,该公司在中国大陆所占据的市场份额也已经超过80%。上海微电子是在国家科技部和上海市政府共同推动下,由国内多家企业集团和投资公司共同投资组建的高科技企业。主要从事半导体装备、泛半导体装备以及高端智能装备的设计制造销售,其中光刻设备是公司的主营业务。公司在光刻设备领域拥有全国最先进的技术。目前公司光刻机可以应用于集成电路产业链中晶圆制造、封装测试,以及平板显示、高亮度 LED 等领域。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实际控制人,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。公司拥有 4 家全资子公司以及一家参股子公司。

公司历史沿革

公司研发实力

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。在中低端先进封装光刻机和LED光刻机领域,公司技术领先,在中国大陆市场份额已经超过80%。其先进封装光刻机率先实现量产并远销海外市场,获得多项大奖和技术认证广受业内认可。截止目前公司目前已经销售各类投影光刻设备150台以上,年产量已经超过100台。根据芯思想数据,上海微电子2018年出货大概在50-60台之间。根据中国半导体协会,公司在半导体设备商中排名第5,是唯一上榜的专门研究销售光刻机的厂商。而支撑上海微电子取得上述成绩的因,除了想要实现“用中国的光刻机制造中国芯”的执念之外,当然离不开公司在技术方面坚持不懈的深入研发。公司具有强大的研发团队,自主创新能力不断提升。公司拥有约 1150 名研发人员,占据总员工数的 76.7%。在公司努力和国家的大力支持下,公司不断通过引进优秀的人才壮大核心团队以进一步提升公司的竞争力和产品研发效率。公司近年来专利发布数量呈增长态势,这也显示出上微自主创新能力不断提升。同时公司通过建设并参与产业知识产权联盟,进一步整合共享了大量联盟成员知识产权资源,涉及光刻设备、激光应用、检测类、特殊应用类等各大产品技术领域,全面覆盖产品的主要销售地域,使得公司竞争实力不断提升。公司是国家重扶持企业。上海微电子在国家 02 专项的支持下积极布局光刻机制造。

截止2020年5月,上海微电子(SMEE)所持有的各类专利以及专利申请数量已经超过3632项。值得注意的是,纵观上海微电子自2014年至2018年发布的专利数量变化趋势柱状图可知,该公司所取得的专利成绩一直处于增长状态。

而如今,在卧薪尝胆18年之久的上海微电子垄断了全球低端市场,据最新消息上海微电子28nm光刻机明年交付!未来可期。上海微电子是国内技术最领先的光刻设备厂商。公司目前在中低端光刻机领域技术先进,并在国内拥有较高市场份额,发展潜力巨大。司的光刻机主要产品

光刻机高壁垒资本密集核心设备,市场广阔龙头集中

光刻技术是实现先进制程的关键设备

光刻机应用广泛,包括 IC 前道光刻机、用于封装的后道光刻机以及用于 LED 领域及面板领域的光刻机等等。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 前道光刻机工艺相比技术精度也更低,一般为微米级。IC 前道光刻机技术最为复杂,光刻工艺是 IC制造的核心环节,利用光刻技术可以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,包括光源、光学镜片、对准系统等。在制造过程中,通过投射光束,穿过掩膜板和光学镜片照射涂敷在基底上的光敏性光刻胶,经过显影后可以将电路图最终转移到硅晶圆上。

光刻工艺步骤繁多

EUA光刻机设备十分复杂

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。电子束直写光刻机可以用于高分辨率掩模版以及集成电路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出现的时期较早,投影光刻机技术更加先进,图形比例不需要为 1:1,减低了掩膜板制作成本,目前在先进制程中广泛使用。随着曝光光源的改进,光刻机工艺技术节不断缩小。

目前最先进的光刻机来自 ASML 的 EUV 光刻机,采用 13.5nm 光源,最小可以实现 7nm 的制程。此设备的开发难度更高,使用条件更复杂目前只有 ASML 攻破此项技术。因为所有物质吸收 EUV 辐射,用于收集光(收集器),调节光束(照明器)和图案转移(投影光学器件)的光学器件必须使用高性能钼硅多层反射镜,并且必须容纳整个光学路径在近真空环境中,整个设备十分复杂。

芯片尺寸的缩小以及性能的提升依赖于光刻技术的发展。光刻设备光源波长的进一步缩小将推动先进制程的发展,进而降低芯片功耗以及缩小芯片的尺寸。

目前光刻工艺是 IC 制造中最关键也是最复杂步骤,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骤。其约占晶圆生产线设备成本 30%,占芯片制造时间 40%-50%。以光刻机行业龙头 ASML 为例,其研发投入每年在 10 亿欧元左右,并且逐年增长。

高端 EUV 价格不断攀升。2018 年单台 EUV 平均售价 1.04 亿欧元,较2017 年单台平均售价增长 4%。而在 2018 年一季度和第四季的售价更是高达 1.16 亿欧元。

光刻机市场空间广阔,高低端市场格局迥异

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。其中 ASML 份额最高,达到 67.3%,且垄断了高端 EUV 光刻机市场。ASML 技术先进离不开高投入,其研发费用率始终维持在 15%-20%,远高于 Nikon 和 Canon。


ASML 在高端 EUV、ArFi、ArF 机型市场占有率不断提升。2017 年ASML 上述三种机型出货量总计为 101 台,市场份额占比为 78.29%,到2018 年 ASML 出货量增长到 120 台,市场份额约 90% 。2018 年 ASML共出货 224 台光刻机,较 2017 年 198 年增加 26 台,增长 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,同比增长 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,增长 62.85%。但是主要是 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重不足。目前国内光刻机处于技术领先的是上海微电子,其最先进的 ArF 光源光刻机节为 90nm,中国企业技术整体较为落后,在先进制程方面与国外厂商仍有较大差距。

Nikon 和 Canon 目前在高端市场技术与 ASML 相差甚远几乎完全退出市场,Canon 也退出了 ArF 光源光刻机研发与销售,将其业务重集中于中低端光刻机市场,包括封装光刻机、LED 光刻机以及面板光刻机等,与复杂的 IC 前道制造相比,工艺要求和技术壁垒较低。

封装光刻机技术不断发展,新技术不断涌现。与前端区域相关。翘曲处理以及异质材料对光刻技术构成了巨大挑战。此外,一些 MEMS 制造设备需要精确的层层对准,步进和掩模对准器是目前大批量制造中使用的两种主要光刻技术。激光直接成像(LDI)和激光烧蚀等新的光刻技术也不断涌现。

中低端光刻机需求量不断增长,市场竞争加剧。根据 Yole,2015-2020 年先进封装、MEMS 以及 LED 光刻机出货量将持续增长,预计到 2020 年总数将超过 250 台/年。中低端市场的不断增长主要受先进封装的推动,随着步进技术发展,2015 年到 2020 年先进封装光刻设备出货量年复合增长率达到 15%。MEMS 光刻市场主要受益于 IC 前道制造光刻机的重复使用与改装。中低端光刻机市场规模的不断扩大和相对于前道制造较低的技术壁垒,竞争者数目较多,目前尼康与佳能是中低端市场两大龙头。

晶圆尺寸变大和制程缩小将使产线所需的设备数量加大,性能要求变高。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,先进制程的发展将进一步提升对于光刻机性能的要求。随着产业转移和建厂潮的推动和边际需求改善,光刻设备市场将不断增长。根据 Varianat Market Research,到 2025 年全球光刻设备市场规模估计将达到 4.917 亿美元; 从 2017 年到 2025 年的复合年增长率将达到为15.8%。

对接多元光刻机市场需求,积极开拓封装、LED 和平板显示光刻机业务

公司前道光刻机差距较大,后道封装光刻机优势明显

公司 IC 前道光刻机技术与国际先进水平差距明显。IC 前道光刻机研发迭代周期长,耗资巨大,目前国际 IC 前道光刻机霸主 ASML 已实现7 nm EUV 光刻先进工艺,而国内龙头上海微电子由于起步较晚且技术积累薄弱,目前技术节为 90 nm,且多以激光成像技术为主,客观上与国际先进水平存在较大差距。

依托国家专项公司率先实现 90 nm 制程,未来有望逐步实现 45、28 nm。

公司自 2002 年创立至今积极投入 IC 前道光刻机产品研发,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、工艺自适应调焦调平技术,及高速高精的自减振六自由度工件台掩模台技术,可满足 IC前道制造 90nm、110nm、280nm 光刻工艺需求,适用于 8、12 寸线的大规模工业生产。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 为光刻机的一个技术台阶,迈过 90 nm 这一台阶就很容易实现 65 nm,再对 65 nm 升级就可以实现 45 nm 制程。在国家重大科技专项的支持下,上海微电子的 IC 前道光刻机有望在未来几年实现 45 nm、28 nm 制程,逐步缩小与国际先进水平的差距。具体可以回到开头公司产品。

公司封装光刻机技术先进,未来将依托于广阔市场不断发展

SIP 封装市场快速发展,公司封装光刻机市场空间广阔。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同一封装中,成为了 IC 封装领域最高端的一种先进封装技术。在电子设备小型化、5G、IOT 和市场周期变短等的多重因子推动下,SIP 市场规模迅速扩张,2016 年全球系统级封装市场规模为 54.4 亿美元,预计到 2023 年有望达 90.7 亿美元,2016-2023 年复合增长率达 7.58%,SIP先进封装市场保持快速发展。

公司封装光刻机满足各类先进封装工艺需求,国内及全球市占率分别达80%和 40%。全球 SIP 需在不同芯片或器件间打通电流通路,节不能过于精细,否则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,关键指标达到或接近国际先进水平,具备超大视场,高产率生产、支持翘曲片键合片曝光、高精度套刻及温控、多种双面对准和红外可见光测量等特征,可以满足各类先进封装工艺的需求。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重要供应商,并出口海外市场,国内市场占有率高达 80%,全球市场占有率达 40%。

国内 LED 市场需求快速增长,公司 LED 光刻机性能指标领先

国内 LED 市场快速扩张,推动 LED 光刻机需求增长。随着 LED 行业产能逐渐向中国转移,中国 LED 市场规模快速增长,从 2011 年的 1545亿元增长至 2017 年 LED 市场规模达到 5509 亿元,复合年增长率达23.6%,且 LED 行业趋势转好,市场规模增长率连续七年超 10%。国内快速扩张的 LED 市场规模,将进一步推动国内 LED 光刻机需求。

公司 LED/MEMS/功率器件光刻机性能指标领先,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进光刻应用领域,具备高分辨率(0.8um)、高速在线 Mapping、高精度拼接及套刻、多尺寸基底自适应、完美匹配 Aligner 和高产能等特征,满足 HBLED、MEMS 和 Power Devices 等领域单双面光刻工艺需求,公司 LED光刻机各项性能指标占据市场领先地位,其中用于 LED 制造的投影光刻机市场占有率第一。

国内 FPD 产业高速发展,公司积极开拓 FPD 光刻机市场

国内 FPD 产业处于高速发展阶段,市场发展空间巨大。随着国内 FPD生产线的建设和陆续投产及下游电子设备应用多元化发展,我国 FPD 产业步入快速发展时期,产能持续增长。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 年国内产能迅速增长到 96 百万平方米,2013-2017 年成长率高达 336.36%,预计 2020 年我国 FPD 产能将达到 194 百万平方米,2013-2020 年复合增长率达 36.48%,FPD 市场保持高速增长,发展空间巨大。

国内 FPD 产能全球占比持续提升,至 2017 年中国成为全球第二大 FPD供应区。在 FPD 产业逐渐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作用下,国内 FPD 产能全球占比持续提升。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 年增长率达144.60%,中国跃升为全球第二大 FPD 供应区,预计 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 生产基地。

尼康、佳能 FPD 光刻技术优势明显,基本垄断了 FPD 光刻机市场。目前尼康和佳能受 ASML 挤压基本已退至 20 亿美金规模的低端平板显示光刻机市场,但两者在 FPD 光刻领域具有绝对的技术优势。

尼康 FPD 光刻技术优势

佳能 FPD 光刻技术优势

公司积极参与 FPD 光刻机市场竞争,实现首台 4.5 代 TFT 投影光刻机进入用户生产线。公司 200 系列投影光刻机采用先进的投影光刻机平台技术,专用于 AM-OLED 和 LCD 显示屏 TFT 电路制造,具备高精度(1.5um)、支持小 Mask(6 英寸)降低用户使用成本和智能化校准及诊断特征,可应用于 2.5 代~6 代的 TFT 显示屏量产线。目前市场主流的OLED 量产机型为 6 代,研发机型为 2.5 或 4.5 代,由于尼康及佳能不提供 6 代以下机型,公司 6 代以下机型全球领先。

最近的一些新闻

根据媒体在近日的报道,上海微电子预计在今年12月有望下降首台采用ArF光源的可生产11nm的SSA800/10W光刻机。

而且这个消息说得有鼻子有眼的,有很多的细节,具体到了型号和技术来源上,爆料称在今年12月上海微电子将会下线首台采用ArF光源的可生产11纳米的SSA800/10W光刻机,采用华卓精科工作台的套刻精度指标优于1.7nm,借助多重曝光以后有生产7nm芯片的潜力,从型号上没有错误,目前上海微电子最先进的是SSA600/20。若是上海微电子采用华卓精科工作台的套刻精度指标优于1.7nm,该光刻机有生产7nm纳米制程的潜力。此外,SMEE的双工件台的操作控制界面也在上被曝光,同时长春光机所正基于哈工大DPP-EUV光源研制EUV曝光机,预计两年内可推出。

那么上海微电子光刻机为什么能在这么短的时间里取得这么大的突破呢?曝光来是国内很多高科技研究所共同协作的结果,上海微电子主要是负责将这些技术集成起来,其核心技术是浙江大学研发团队的启尔机电推出了可用于最高11nm制程浸没式光刻机的浸液系统。双工件台部分由清华大学负责研发,DUV光源研制由哈工大负责,后续长春光机所会借助哈工大DUV进行EUV曝光系统的研发,预计需要两年左右的时间推出。

根据消息显示,该光刻机的光源激光系统由科溢虹源(中科院微电子所、中科院光电所等组成)研发;?没式双工作台由华卓精科研发;?液系统则由浙江启尔机电研发,最高支持11nm制程;透镜及曝光系统则由国望光学(长春光机所、上海光机所等组成)研发,而上海微电子则负责控制系统和总装。

另外值得一提的是,目前中微半导体已成功推出用于5nm制程蚀刻机,而承担“ArF 光刻胶(波长为193nm的ArF激光光源)产品的开发和产业化”02 专项项目的南大光电也已研发出了ArF 光刻胶,此外在光刻工序涂胶显影设备上沈阳【()、】电子的涂胶/显影机、喷胶机、清洗机、去胶机、湿法刻蚀机等,也可用于 6 英寸及以下及 8/12 英寸单晶圆处理。可以说,在芯片制造相关的多个关键环节,国内已经实现了一定的突破。

不过,对于上海微电子11nm光刻机将于年底下线传闻,目前并未有相关的息进行印证。在上海微电子的官网上并未到相关新闻,同时官网上展示的最先进的光刻机仍是上海微电子的600系列光刻机,只能支持90nm技术节的光刻工艺。此外,也并未在网上找到相关证据,支持这个11nm光刻机将于年底下线的说法。同时,上海微电子的光刻机产品一下子从90nm直接跨越到11nm,这个技术跨度也确实有大,真实性可能不大。

据媒 体报道,上海微电子装备(集团)股份有限公司披露,将在2021-2022年交付第一台28nm工艺的国产的沉浸式光刻机。上面那个个消息并没有任何官方依据,所以具体如何等到今年年底就能水落石出了,但上海微电子会在明年交付28nm的光刻机这个事情的可能性还是很大的,而且这个消息已经传了很多年了,按照计划就是今年28nm交付,在2030年完成EUV光刻机的研发。北京科益虹源光电技术有限公司的官方报道公司是中科院科研成果转化特等奖获得者,是中国唯一专注且唯一具备高端准分子激光技术研究和产品化的公司。

且2018年3月科益虹源自主设计开发的国内首台高能准分子激光器顺利出货,打破了国外厂商的长期垄断。正在承担“国家02重大专项浸没光刻光源研发”任务,到2020年产品将与整机单位共同完成28nm国产光刻机的集成工作,对我国集成电路产业发展具有重大意义。

所以,可以确认,2021年上海微电子就将完成28nm国产光刻机的交付这个息的真实性基本可以确定的。

虽然,这个28nm光刻机与ASML目前最先进的5nm EUV光刻机相比,仍有着很大的差距,但是对于中国的半导体产业以及上海微电子自身来说都是意义非凡,而且通过多次曝光,甚至可支持7nm芯片。

随着摩尔定律的推进,制程工艺的难度和生产的工序都大幅增加,同时成本也大幅增加,特别是进入28nm以下制程之后的较长一段时间,20nm和16/14nm制程的成本一度高于28nm,这是摩尔定律运行60多年来首次遇到制程缩小但成本不降反升的问题。这也使得28nm一度作为最具性价比的制程工艺长期活跃于市场。

即便是随着20/16/14nm成本的降低,28nm工艺也依然占据了很大的市场,特别是在格芯、联电放弃10nm以下先进制程之后,开始将更多的精力放在的成熟制程上,不少晶圆厂还基于28nm推出了在低功耗、防辐射、低软错误率、耐高温和EMC、车载可靠性上更具优势的FD-SOI工艺,使其更适合物联网(IoT)在成本、功耗和性能方面的要求。

虽然目前手机芯片即将进入5nm制程工艺,但是在物联网、工业、新型存储等众多市场,28nm仍是比较主流的制程工艺节。而且28nm以下的40/45/65nm也有着不小的市场。

显然,对于上海微电子来说,其28nm光刻机的顺利推出,将打破国外厂商的对于IC前端光刻机市场的垄断,可覆盖更为广阔的市场需求,特别是在国产替代趋势之下,将有望大幅提升其光刻机的出货量、营收和利润率。同时,也将帮助国内的晶圆代工厂降低对于国外半导体设备的依赖,进一步提升半导体制造关键设备的国产化率,提升中国半导体产业链的整体实力。

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