随着“02专项”28nm光刻机交付在即,国产光刻机工艺处在“0到1”突破的转折点。

追根溯源寻标的,通过对即将交付的28nm光刻机进行剖析,未来可以关注光刻产业链。上海微电子、科益虹源、国望光学、国科精密、华卓精科、启尔机电等公司可以重点关注。

三足鼎立,ASML独占鳌头

光刻机工艺定义了半导体器件的尺寸,是芯片生产流程中最复杂、最关键的步骤。光刻机的工艺水平直接决定芯片的制程和性能水平,是半导体工业皇冠上的明珠。

目前全球前道光刻机被ASML、尼康、佳能完全垄断,CR3高达99%。

ASML一家独占鳌头,成为唯一的一线供应商;Nikon凭借多年技术积累勉强保住二线供应商地位;而Canon只能屈居三线;上海微电子装备(SMEE)作为后起之秀,暂时只能提供低端光刻设备,由于光刻设备对知识产权和供应链要求极高,短期很难达到国际领先水平。

光刻机行业是一个高度垄断的行业,如果没有特别原因,这一格局在未来的时间里都很难发生变化。

ASML集成了全球最顶尖的供应商,高端光刻机集合了全球各国最顶尖的科技(德国的蔡司镜头技术、美国的控制软件和光源、日本的特殊复合材料等),下游厂商为了获得优先供货权纷纷投入巨额资金支持ASML研发。

稳定的产业生态塑造了ASML极强的护城河。

在行业工艺方面,ASML旗下的TWINSCAN系列是目前世界上精度最高生产效率最高应用最为广泛的高端光刻机型。最新的TWINSCAN NXE 3400C可用于生产5nm的芯片。市场预估预估2021年将推出0.55NA的新机型EXE5000样机可用于2纳米生产。

整个光刻机行业前景光明。受益于5G时代、AI、自动驾驶等技术的普及ASML光刻机的订单和收入强劲增长有望在未来几年持续,2025年ASML预计实现收入500亿美元左右,年均复合增长率为15.8%。

国内处在从0到1突破的转折点

受发展理念影响,国内半导体长期处于停滞不前的状态,直到2002年国家开始重视光刻机的研发。

为推动我国集成电路制造产业的发展,国家决定实施科技重大专项《极大规模集成电路制造装备及成套工艺》项目,因次序排在国家重大专项所列16个重大专项第二位在行业内被称为“02专项”。

从2009年开始算起,中国研究团队一路攻坚克难,国产首套90纳米高端光刻机已经成功研制。2020年6月上海微电子设备有限公司透露将在2021—2022年交付首台国产28nm工艺浸没式光刻机。这意味着国产光刻机工艺从以前的90nm一举突破到28nm。

虽然国产28nm光刻机对于7nm顶尖制程存在较大差距,但像手机内部主板上的射频芯片、蓝牙芯片、功放芯片、路由器上的芯片、各种电器的驱动芯片等用的还是28—90nm工艺的芯片。

在工艺进入28nm以下制程之后的较长一段时间里2nm和16/14nm制程的成本一度高于28nm,与摩尔定律60多年的运行规律相反,这也使得28nm制程工艺极具性价比。

虽然目前手机芯片即将进入5nm制程,但是在物联网等众多市场28nm仍然是主流制程工艺节点,不少晶圆厂基于28nm推出了在成本、功耗、性能等方面更具优势的工艺。

在实际应用里28nm光刻机并不是仅能用来生产28nm芯片,经多重曝光后可生产14nm/10nm/7nm芯片,这与目前主流芯片已无本质区别。

目前28纳米在非核心芯片领域应用广泛 如消费电子领域、微控制器领域、射频领域、手机AP及基带领域、图形传感器领域、混合信号领域等。

追根溯源寻标的,通过对即将交付的28nm光刻机进行剖析,未来可以关注光刻产业链。

在具体公司方面,一是光刻机核心组件,包括负责整体集成的上海微电子、负责光源系统的科益虹源,负责物镜系统的国望光学,负责曝光光学系统的国科精密,负责双工作台的华卓精科,负责浸没系统的启尔机电。

二是光刻配套设施,包括光刻胶,光刻气体,光掩模版,光刻机缺陷检测设备,涂胶显影设备等。

中国光刻机其他工艺进程

国内光刻机市场,除了应用于IC前道的光刻机在不断的发展之外,封装光刻机以及LED/MEMS/功率器件光刻机的市场也不断的发展壮大中。其中后面两者国产化率较高。

上海微电子在封装光刻机领域已经实现了批量供货,是多家封测龙头企业(日月光、通富微电、长电科技等)的主要供货商,国内封装光刻机市场占有率高达80%。不只在国内市场有所建树,上海微电子的封装光刻机还出口海外市场,在全球市场的占有率高达40%。

面板FPD领域领域,国产光刻机厂商也在不断渗透,国际光刻机巨头尼康、佳能在FDP光刻机市场处于垄断地位,但FPD产能正在不断向国内转移,国内FPD产业正处于高速发展阶段。

本文节选自方正证券研报,作者:陈杭。