編者按：光刻機(jī)無(wú)比關(guān)鍵，再加上地緣政治和制裁，人們很少公開(kāi)討論光刻機(jī)技術(shù)，讓它蒙上了一層神秘面紗。在2024 IC NAN SHA大會(huì)上，光刻機(jī)設(shè)備生產(chǎn)商ABM Inc. 副總經(jīng)理趙宏關(guān)于光刻機(jī)設(shè)備研發(fā)以及市場(chǎng)特點(diǎn)做了演講，現(xiàn)將其演講整理刊發(fā)，以饗讀者。

ABM Inc. 副總經(jīng)理趙宏
光刻機(jī)的重要性無(wú)需強(qiáng)調(diào)，但有多少人知道中國(guó)有哪些光刻機(jī)制造設(shè)備制造商？ABM Inc.是其中的領(lǐng)導(dǎo)者之一，主要提供半導(dǎo)體前道制造的光刻機(jī)和先進(jìn)封裝的光刻機(jī)和鍵合設(shè)備。ABM Inc.成立于2003年，總部位于中國(guó)香港，在半導(dǎo)體光刻設(shè)備的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)超過(guò)20年。整機(jī)設(shè)備為自研自制，擁有超過(guò)2000+自主開(kāi)發(fā)的光刻機(jī)重要零部件專(zhuān)有技術(shù)，且在光刻機(jī)關(guān)鍵子系統(tǒng)如全波段近、中、深紫外光源系統(tǒng)和折反射鏡組、精密工件臺(tái)等完全為自研自制，擁有獨(dú)立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。ABM Inc.光刻機(jī)在全球已交付超過(guò)300個(gè)客戶(hù)，累計(jì)交付950臺(tái)(套)， 已交付的國(guó)際客戶(hù)包括有邏輯、存儲(chǔ)、通信等一線(xiàn)晶圓制造的頭部企業(yè)，其交付的光刻機(jī)已被廣泛應(yīng)用于集成電路的前道制造和先進(jìn)封裝領(lǐng)域。全球擁有（亞微米級(jí)以上）光刻機(jī)制造能力的企業(yè)有ASML、Nikon、Canon、SMEE（上海微電子裝備（集團(tuán)）股份有限公司）、ABM Inc.、SUSS。目前中國(guó)本土只有ABM Inc.與SMEE為自主研發(fā)、設(shè)計(jì)、且擁有包括核心零部件和重要子系統(tǒng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光刻機(jī)整機(jī)集成制造商。這是ABM Inc.和SMEE與其他通過(guò)舊型二手設(shè)備翻新的光刻機(jī)設(shè)備商截然不同之處！從這個(gè)角度出發(fā)，ABM Inc.與 SMEE 是中國(guó)唯二的光刻機(jī)設(shè)備制造商。ABM光刻機(jī)主要應(yīng)用于制造MEMS、功率器件、化合物半導(dǎo)體等行業(yè)需要的芯片，這些芯片主要應(yīng)用于航空航天、移動(dòng)通訊、新能源汽車(chē)、消費(fèi)電子、AI人工智能等。光刻機(jī)的分類(lèi)可以分為有掩膜和無(wú)掩膜光刻機(jī)，無(wú)掩膜光刻機(jī)主要為激光直寫(xiě)光刻機(jī), 主要應(yīng)用于FPD、PCB、PV等泛半導(dǎo)體領(lǐng)域，無(wú)掩膜光刻機(jī)在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域較少使用。有掩膜光刻機(jī)是半導(dǎo)體制造的主流光刻機(jī)，其技術(shù)發(fā)展路徑從接觸式、接近式、投影式、步進(jìn)式和掃描式光刻機(jī)。光刻機(jī)的發(fā)展是一個(gè)光學(xué)技術(shù)與系統(tǒng)集成工程不斷積累的過(guò)程，其復(fù)雜程度堪稱(chēng)人類(lèi)科技之巔。光刻機(jī)的整機(jī)制造是多學(xué)科交織的極其復(fù)雜的工程，需要集成精密光學(xué)、精密運(yùn)動(dòng)學(xué)、高精度微環(huán)境控制、算法、微電子、高精度測(cè)控等多領(lǐng)域。ASML的成長(zhǎng)路徑也莫過(guò)于此，不可逾矩。在半導(dǎo)體前道制造領(lǐng)域，光刻設(shè)備是其中價(jià)值鏈最高，技術(shù)壁壘最高的設(shè)備，光刻工藝在晶圓制造中約占1/3的成本，耗時(shí)工藝40%-60%。以ASML、Nikon、Canon主力產(chǎn)品步進(jìn)式光刻機(jī)和掃描式光刻機(jī)為例, 光刻機(jī)的分類(lèi)從光源的角度又可細(xì)分為I-line、DUV (KrF及ArF)、EUV。在這個(gè)領(lǐng)域，ASML的高數(shù)值孔徑EUV光刻機(jī)也被譽(yù)為人類(lèi)工業(yè)文明皇冠上的明珠，其追求極致的線(xiàn)寬與套刻精度，可發(fā)出自然界不存在的 13.5納米EUV波長(zhǎng)，鏡片的平坦度做到原子級(jí)，精密工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過(guò)載超過(guò)10G，單價(jià)超過(guò)2.75億美金。將ASML、NIKON等國(guó)際巨頭與ABM對(duì)比，可以打個(gè)比方，如果將光刻機(jī)比作“汽車(chē)”，那么全球光刻機(jī)設(shè)備商就只造兩種“車(chē)型”，一種是造“跑車(chē)”(EUV及DUV光刻機(jī))，代表企業(yè)有ASML、Nikon、SMEE，“跑車(chē)”追求極高的性能和極致的線(xiàn)寬，用于生產(chǎn)邏輯芯片、存儲(chǔ)芯片、數(shù)字芯片。一種是造“皮卡”(I-line光刻機(jī))，代表企業(yè)有Canon，ABM Inc.等?！捌たā弊非髽O佳的性?xún)r(jià)比和高可靠性，用于生產(chǎn)MENS、功率器件、化合物半導(dǎo)體等。但不是所有的芯片都要用“跑車(chē)”來(lái)生產(chǎn)。目前中國(guó)的晶圓制造產(chǎn)能占比70%的晶圓廠(chǎng)仍在使用超過(guò)25年的光刻機(jī), 這些光刻機(jī)對(duì)比ASML和Nikon的高端機(jī)型都屬于“皮卡”，存量超過(guò)2000臺(tái)。但這些產(chǎn)能生產(chǎn)的芯片是保障中國(guó)在新能源汽車(chē)、通信、電力、軌道交通、消費(fèi)電子等戰(zhàn)略支柱行業(yè)安全和自給自足的底線(xiàn)，中國(guó)本土的光刻機(jī)制造商需要在此實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。但遺憾的是，即使是“皮卡”，中國(guó)光刻機(jī)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率占比仍然較低，距離實(shí)現(xiàn)完全國(guó)產(chǎn)化和規(guī)模量產(chǎn)尚有相當(dāng)長(zhǎng)的路。不同于半導(dǎo)體設(shè)備中薄膜設(shè)備、刻蝕設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率數(shù)倍于光刻機(jī), 光刻機(jī)是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的最短板，也是最卡脖子的領(lǐng)域。光刻機(jī)的發(fā)展路徑從低端到中高端是有序延伸，無(wú)法跳躍，其性能的成熟仰賴(lài)長(zhǎng)時(shí)間的產(chǎn)品迭代和技術(shù)積累。ABM的目標(biāo)，就是發(fā)揮20余年來(lái)在光路設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)、組裝工序、環(huán)境控制、工藝數(shù)據(jù)庫(kù)等2000+自主專(zhuān)有技術(shù)的積累的基礎(chǔ)上, 首先實(shí)現(xiàn)在這個(gè)領(lǐng)域的光刻機(jī)完全國(guó)產(chǎn)化。從市場(chǎng)數(shù)據(jù)分析，在2014年到2022年，光刻機(jī)以每年超過(guò)580臺(tái)市場(chǎng)需求仍在持續(xù)增長(zhǎng)，其中i-line光刻機(jī)增速最快市場(chǎng)需求強(qiáng)勁。EUV光刻機(jī)產(chǎn)能有限, 每年產(chǎn)出約40臺(tái); DUV穩(wěn)步增長(zhǎng)，每年有超過(guò)340臺(tái)的市場(chǎng)需求; i-line增速最快，每年超過(guò)200臺(tái)市場(chǎng)需求，采購(gòu)額超過(guò)20億美元。從數(shù)據(jù)來(lái)看，i-line和DUV光刻機(jī)占據(jù)市場(chǎng)62%的市場(chǎng)份額。  此外，先進(jìn)封裝的蓬勃發(fā)展，也帶來(lái)對(duì)先進(jìn)封裝光刻機(jī)的巨大需求。隨著摩爾定律放緩，先進(jìn)封裝已成為延續(xù)集成電路實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的性能，更小的面積，更快的互聯(lián)和更低的功耗的有效途徑。英偉達(dá)、蘋(píng)果、高通等公司的產(chǎn)品高度仰賴(lài)臺(tái)積電的先進(jìn)封裝。未來(lái)，在人工智能、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用場(chǎng)景的高速推動(dòng)下，產(chǎn)生更多的未知終端應(yīng)用，催生對(duì)先進(jìn)封裝產(chǎn)能的海量需求。在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，目前可提供光刻機(jī)設(shè)備的企業(yè)有EVG、SUSS、ABM、SMEE。ABM已迎來(lái)巨大的發(fā)展空間。目前，全球先進(jìn)封裝產(chǎn)能正在急劇擴(kuò)張，臺(tái)積電已宣布至2026年將先進(jìn)封裝產(chǎn)能在2023年水平上擴(kuò)產(chǎn)4倍。外媒Anandtech認(rèn)為，三年內(nèi)臺(tái)積電將CoWoS產(chǎn)能擴(kuò)張4倍仍然不夠。其他國(guó)際巨頭如英特爾、海力士、僅兩家的擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模超過(guò)200億美元；國(guó)內(nèi)如通富、長(zhǎng)電、盛合晶微、日月光等，目前已公開(kāi)的先進(jìn)封裝擴(kuò)產(chǎn)金額超過(guò)1500億元人民幣。全球先進(jìn)封裝產(chǎn)能將超過(guò)100萬(wàn)片，按照每2萬(wàn)片晶圓需要8-12臺(tái)光刻機(jī)推算，全球?qū)ο冗M(jìn)封裝光刻機(jī)需求已超過(guò)600臺(tái)。各家的先進(jìn)封裝工藝皆有不同標(biāo)準(zhǔn), 如臺(tái)積電CoWoS-R、CoWoS-S、CoWoS-L光刻工藝不同 (膠厚、曝光景深、L/S線(xiàn)距比), 考驗(yàn)光刻機(jī)的適配性與綜合性能, 包含曝光面積、圖形拼接、對(duì)位標(biāo)記、分辨率、產(chǎn)能、工藝窗口等綜合性?xún)r(jià)比, 這些指標(biāo)決定先進(jìn)封裝的終端成本及競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。臺(tái)積電在10年前推出（28nm）先進(jìn)封裝的報(bào)價(jià)為7美分/平方毫米, 現(xiàn)今已低于3美分/平方毫米；（3nm）先進(jìn)封裝的報(bào)價(jià)目前為28美分/平方毫米。成本控制對(duì)于先進(jìn)封裝的發(fā)展極為重要, 考驗(yàn)光刻機(jī)供應(yīng)商的客制化選項(xiàng)與集成能力。ABM的光刻機(jī)可滿(mǎn)足主流Bumping、RDL和TSV等光刻工藝主流需求, 并提供廣泛的光刻工藝窗口及黃光區(qū)配套聯(lián)機(jī)設(shè)備, 并可提供8英寸到12英寸的設(shè)備選型或兼容。地緣政治的原因使中國(guó)先進(jìn)制程的發(fā)展受限，通過(guò)先進(jìn)封裝和現(xiàn)有成熟制程搭配以實(shí)現(xiàn)中國(guó)高端芯片的全自主，已成為中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。以臺(tái)積電CoWoS技術(shù)指標(biāo)剖析, 中國(guó)設(shè)備商已在薄膜沉積設(shè)備(填孔絕緣及金屬層沉積)、刻蝕設(shè)備 (TSV硅通孔)、機(jī)械研磨、氧化退火等領(lǐng)域均可滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo), 但欠缺本土的光刻機(jī)企業(yè)作為核心鏈主, 串起中國(guó)先進(jìn)封裝工藝成套設(shè)備的配置與布局，ABM正是中國(guó)極少數(shù)具備先進(jìn)封裝成套設(shè)備一站式解決方案的供應(yīng)商。ABM如同1990年代的ASML，正處于爆發(fā)前夕。在過(guò)去的20年里，其光刻機(jī)幾乎遍布全球主要半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集中地，成功樹(shù)立了ABM光刻機(jī)的國(guó)際品牌。未來(lái)，ABM將持續(xù)打造為光刻設(shè)備的國(guó)際化產(chǎn)業(yè)平臺(tái)。作為中國(guó)光刻機(jī)行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，ABM將繼續(xù)在中國(guó)高端光刻機(jī)國(guó)產(chǎn)化的道路上做一位孤獨(dú)的登山者。

閱讀 3624修改于2024年07月04日

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