半导体光刻机 国产光刻机突破!美国封锁遭“打脸”,全球半导体格局将迎来重塑

小编 2024-10-10 设计资源 23 0

国产光刻机突破!美国封锁遭“打脸”,全球半导体格局将迎来重塑

千呼万唤始出来,国产光刻机终于造出来了 。就在前几天,美国再次联手荷兰对半导体制造设备进行出口管制,阿斯麦旗下的两款DUV光刻机又限制向中国销售了。正当老美洋洋得意的时候,咱们国家正式官宣了国产氟化氪光刻机和氟化氩光刻机迎来重大突破。

其中,氟化氩光刻机的核心技术指标令人惊叹,这套设备已经完全可以解决28纳米制程的芯片制造问题了,值得注意的是,这不是实验室突破,而是可用于推广量产的。

消息一出,迅速引发全球瞩目,各国网友的评论如同潮水般涌来了,褒贬不一,有的说,中国造的光刻机相比阿斯麦的还弱得很,但大多评论都是对中国科技成就的赞叹,毕竟光刻机这么难的高科技设备,不是谁想做就能做成的。

众所周知,“光刻机”是半导体产业链当中难度最高的一环,如果把造芯片比作造房子,光刻机的功能就是精准把每一块砖砌在对应的位置,可问题是,很多芯片都没有指甲盖大,要在这么小的地基上把零部件的位置精准到纳米级,无异于是徒手登天,光刻机研发生产的难度太大了,但没有光刻机就无法实现芯片量产,到目前为止,全球八成以上的光刻机市场全被荷兰阿斯麦这家公司垄断 ,正因为如此,这两年,阿斯麦成了美国在半导体上卡我们“脖子”的主要发力点。

从2023年开始,在美国的施压下,阿斯麦逐渐收紧了对华光刻机设备出口,EUV光刻机是彻底不卖给我们了,高端DUV设备也不卖了,到了2024年4月,美国进一步推动限令,负责出口政策的官员在荷兰会见荷兰政府以及ASML代表,又提出了新的条件,要求阿斯麦禁止为已经出口中国的光刻机提供维修和升级服务。

中国是阿斯麦的大客户,根据阿斯麦发布的二季度数据,中国区市场为他们创造的收入高达23亿欧元,占阿斯麦全部销售收入的49%,名列第一位,比2023年的销售占比翻了一倍以上,更是把排在第二的韩国远远甩在了身后

美国的对华政策让荷兰政府非常为难,阿斯麦的CEO温克宁也是抓住机会就公开抱怨,生意难做,对中国的限制出口只会加快中国光刻机的研发进程,听上去这个温克宁是个明白人,可为什么每一次美国发号施令,阿斯麦尽管扭扭捏捏,但也都是言听计从呢?

这还得从阿斯麦的创办历史开始说起,在上世纪八九十年代,美国为了限制日本半导体企业的发展,绞尽脑汁,用尽手段,就和现在对付我们一样。为了达到目的,美国通过资本手段,在全世界扶持了多家芯片企业,要把日本企业打下来的市场分而食之,荷兰的阿斯麦和台湾的台积电就是那个时代的产物。

阿斯麦虽然总部在荷兰,主要员工也都是欧洲人,可是却长着一颗美国心,他的第一大股东是美国资本集团,持股比例超过15%,第二大股东也是美国知名的犹太资本贝莱德公司 ,在这种情况下,荷兰政府不管多不情愿,都无法阻止美国对阿斯麦的控制。

现在,美国的目标变成了我们,用尽了手段,可结果呢,打脸来的太快了,看到中国官宣光刻机技术,全球各国议论纷纷,只有荷兰和美国沉默了。

有人恐怕要说了,我们的技术只能生产28纳米的芯片,和阿斯麦相比差得太远了,有必要这么高兴吗?香槟还是要开的,这次光刻机技术的突破,至少有三方面的意义。

首先,这可是我们国家从0到1的重大突破。 这么难的技术,从无到有最困难,但从1到10,我们需要的就只是时间了。有研究表明,28纳米的光刻机,经过一系列的曝光技术,可以用来生产14纳米,甚至7纳米的芯片,三星和台积电都有相关的案例。这就意味着中国已经具备了生产高端芯片的技术基础。

第二,半导体国产化率有望大幅提高,这块大市场,我们要拿回来自己干了。 在美国对华实施芯片封锁以后,中国企业已经认清现实了,再用海外国家进口的芯片,就有可能成为下一个打击的对象,安全感都是奢侈品。

中国已经是全球最大的电子产品制造基地了,包揽了全球八成以上的电视、计算机、手机等,为了生产这些产品,需要进口大量的芯片。2023年,中国是全球最大的芯片消费市场,全球三分之一的芯片都卖给了中国,进口总金额高达3495亿美元,换算成人民币,这可是价值上万亿的大生意。

过去,因为西方卡我们“脖子”,让中国芯片企业动弹不得,可今时不同往日了,我们有了自己的光刻机,假以时日,技术上再往上提一提,我们就不必再白白的给外国企业送钱了。

第三,中国半导体企业有望彻底打破美国的技术封锁。 中国企业最牛的能力就是把一个产业做大做强,说的通俗一点就是,只要我们掌握了光刻机技术,将来的半导体行业就会像现在的新能源汽车一样。到那个时候,美国的技术封锁也就不攻而破了,反而会遭到反噬。

中国官宣光刻机,美国媒体吃了一颗酸葡萄,有的人说,美国终究是搬起石头砸了自己的脚,也有的人说,完蛋了,好日子结束了,要是中国企业也进入了光刻机领域,以后真没美国和荷兰什么事了。

说到底,中国半导体行业能突飞猛进,真的要好好感谢老美的制裁和封锁,不逼一逼,我们怎么知道自己也能行呢?

从光刻机讲起,半导体前道设备国产化进度揭秘

导读:2024年9月9日,工信部印发了《首台(套)重大技术装备推广应用指导目录(2024版)》通知,在文件列表中包含国产氟化氪(KrF)光刻机,和氟化氩(ArF)光刻机的内容。9月10日,SMEE(上海微电子)公开一项关于极紫外(EUV)辐射发生装置及光刻设备的新专利。今年以来,以国产光刻机为代表的国产先进半导体前道设备消息频发,其产业发展到了什么阶段?投融市场表现如何?本文尝试分析和探讨。综述

光刻机是半导体制造中的一种关键设备,它使用特殊的光源通过光罩照射到涂有光敏材料的硅片上,形成有效电路图案。根据光源的不同,光刻机可分为G-line光刻机、I-line光刻机、KrF光刻机、ArF光刻机(包括ArF Dry和ArFi,统称为DUV光刻机)、EUV光刻机等。光刻机被称为半导体工业皇冠上的明珠,是技术难度、价值量最高的半导体设备。

图表 1:光刻机的分类

数据来源:公开资料、来觅数据整理

根据《瓦森纳协定》,美国及其盟友限制向中国出口高端技术和设备,光刻机赫然在列。2018 年,中国企业中芯国际向 ASML 支付了一台 EUV 光刻机的定金,但最终却没有完成交付。此后,禁令愈演愈烈,先进的浸润式 DUV 光刻机如 NXT 2050i、NXT 2100i 亦无法交付。2024 年 9 月,迫于压力,ASML宣布将不再对中国特定购买的 DUV 光刻机提供售后维修服务。

ASML 底气在哪?当前全球光刻机市场竞争格局中,ASML、Nikon 和 Canon 三大供应商占据了 99%市场份额,其中 ASML 以 82.14%的市场份额占据绝对霸主地位。ASML 是光刻机的集大成者,引领光刻机的技术进步。目前来看,国内光刻机国产化率不足 1%,是国产设备里最需要突破的领域。

此前工信部公布的光刻机技术实力如何?很明显,公开的氟化氩光刻机是一台 ArF Dry 光刻机,其精度极限可以理解为 65nm 制程。坦白来说,公开的设备距离海外先进水平仍有非常大的差距。但考虑到中试线和在研线,乐观预期下,国内已初步在成熟制程上具备替代的能力。

半导体设备可以初步分为半导体前道设备、半导体后道设备、半导体设备零部件。其中半导体前道设备在半导体工艺中主要应用于制造环节,是半导体设备中技术难度最高、价值量最大的部分,半导体前道设备占据半导体设备的 80%以上的市场份额。光刻机又在半导体前道设备中占据核心位置。除了光刻机外,其他半导体前道设备包括刻蚀机、薄膜沉积设备等。光刻、薄膜沉积、刻蚀是半导体制造的三大核心工艺。

图表 2:2023年半导体前道设备细分市场格局

数据来源:公开资料、来觅数据整理薄膜沉积是指在芯片纳米级结构中逐层堆叠薄膜形成电路结构,根据薄膜沉积时反应的原理不同,薄膜沉积设备可以分为PVD(物理沉积)、CVD(化学沉积)、ALD(原子层沉积),这三种设备应用于不同的工艺,彼此之间相互补充。先进制程逻辑芯片升级与存储芯片3D化带来薄膜沉积设备需求量增大,预计2024年国内薄膜沉积设备市场规模有望突破400亿元。就目前市场竞争格局而言,海外厂商如AMAT、ASMI、Lam、TEL等占据薄膜沉积设备大部分市场份额。但国内薄膜沉积设备技术进展良好,拓荆科技、北方华创等厂商已顺利导入国内先进制程产线,产品精度可用于14nm及以上芯片的制造。刻蚀是指使用化学或物理方法有选择地在硅片表面去除不需要的材料的过程,根据工艺的不同,刻蚀机可以分为干法刻蚀和湿法刻蚀,目前,干法刻蚀已占据大部分市场。干法刻蚀中根据离子能量不同,可以主要分为ICP刻蚀设备(硅刻蚀、金属刻蚀)、CCP刻蚀设备(电介质刻蚀),二者市场份额几乎相当。从全球市场来看,Lam、TEL和AMAT几乎垄断全球干法刻蚀设备市场。国内主要的干法刻蚀设备厂商包括北方华创、中微公司、屹唐半导体等。以目前国内晶圆厂招标数据来看,刻蚀设备国产替代率较高。目前中微公司5nm刻蚀机已进入台积电产线,刻蚀机在能力上基本已解决国产替代的问题。 从2023年的半导体前道设备上市公司营收角度来看,清洗设备和CMP设备的国产化率已经比较高,刻蚀设备和薄膜沉积设备的国产化率稍微高一点,预计在20-30%左右,其余的设备国产化率低于个位数,核心的光刻机国产化几乎为0。从工艺覆盖角度来看,除了光刻机,国产设备在成熟制程上基本已经突破,除了提升成熟制程设备的工艺覆盖度以外,正在积极进行先进技术节点的突破。图表 3:2023 年细分半导体前道设备的国产化率情况

数据来源:公开资料、来觅数据整理美国对我国先进技术节点的生产设备等禁运,导致国内先进技术节点发展受阻;成熟制程的扩产符合市场规律:当前28nm及以上的技术节点仍然占据较大的市场规模,伴随国内设计企业逐步转单国内,原来使用60nm、45nm芯片的产品逐步转向28nm,28nm需求未来仍将保持旺盛。TrendForce集邦咨询预测 2023-2027年全球成熟制程(28nm及以上)及先进制程(28nm及以下)的产能比重大约为7:3,其中中国大陆在成熟制程的占比将从2023年29%成长至2027年的33%。同时,先进制程节点的突破更具战略意义,自主可控是必然。目前先进制程芯片主要用在消费电子和服务器高端芯片上,国内设计客户如海思等对于先进制程有迫切的需求,只有真正实现先进制程的量产突破才解决卡脖子难题。先进制程的突破同时具备充足的市场动力和战略安全意义,这与芯片制造工艺和设备的发展是相辅相成的,当下国产设备加速导入,可以积累量产经验,有利于后续顺利导入先进产线,届时,国产半导体设备厂商可以享受技术驱动扩容的市场,远期成长性的确定性较高。

投融动态

2024年,全球半导体前道设备市场表现强劲,主要得益于全球半导体行业的复苏和AI产业的驱动。根据Wind数据,2024年全球半导体设备市场规模预计将达到109亿美元,中国大陆市场半导体设备出货金额预计将超过350亿美元,占全球市场的32%,继续保持领先地位。

自2014年国家大基金一期成立以来,半导体前道设备诞生了许多回报倍数高的项目,资本也一直关注该赛道。然而随着时间的推移,半导体前道设备平台型公司逐渐成型,整体市场机会亦有所减少。但半导体前道设备市场广阔,国产替代之路还未走到尽头,产业内仍存在许多成倍增长的机会。根据来觅PEVC数据,2024年半导体前道设备融资事件超20起,累计融资金额超20亿人民币。感兴趣的读者,可以登录Rime PEVC平台获取半导体前道设备赛道全量融资案例、被投项目及深度数据分析。

图表 4:2024年以来半导体前道设备主要融资事件

数据来源:来觅数据

展望

全球晶圆厂产能的大幅扩张和半导体设备行业的景气向上,预示着半导体前道设备市场将继续保持增长态势。同时,中国大陆半导体设备市场在全球的占比逐年提升,国内平台型半导体设备公司的业绩持续兑现,以及国产设备厂商在部分细分领域的突破,都为半导体前道设备市场的发展提供了强有力的支撑。

平台化公司逐渐成型,产业与资本合力攻坚薄弱领域。经过十数年的发展,国内半导体前道设备有了质的突破,部分设备媲美海外先进水平。但短板依然存在,部分关键设备仍依赖进口。我们认为随着国内资本和科技的不断投入,核心设备的国产化率提升只是时间问题。

晶圆厂扩产持续,相关企业或迎增长良机。我们认为逻辑芯片先进制程扩产与存储芯片扩产正在进行中,而相关设备的增量是成熟制程的数倍以上。根据TrendForce,截至2027年,已规划的12英寸晶圆厂中国大陆最多。随着国内晶圆厂加快突破封锁,大量扩产亦会使得半导体前道设备需求井喷,相关企业亦将复制增长奇迹。

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