ABM Inc.：中國光刻機(jī)技術(shù)特點與市場分布

編者按：光刻機(jī)無比關(guān)鍵，再加上地緣政治和制裁，人們很少公開討論光刻機(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)以及市場特點做了演講，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)的重要性無需強(qiáng)調(diào)，但有多少人知道中國有哪些光刻機(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，總部位于中國香港，在半導(dǎo)體光刻設(shè)備的行業(yè)經(jīng)驗超過20年。整機(jī)設(shè)備為自研自制，擁有超過2000+自主開發(fā)的光刻機(jī)重要零部件專有技術(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、精密工件臺等完全為自研自制，擁有獨立的知識產(chǎn)權(quán)。ABM Inc.光刻機(jī)在全球已交付超過300個客戶，累計交付950臺(套)， 已交付的國際客戶包括有邏輯、存儲、通信等一線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。目前中國本土只有ABM Inc.與SMEE為自主研發(fā)、設(shè)計、且擁有包括核心零部件和重要子系統(tǒng)自主知識產(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！從這個角度出發(fā)，ABM Inc.與 SMEE 是中國唯二的光刻機(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、移動通訊、新能源汽車、消費(fèi)電子、AI人工智能等。光刻機(jī)的分類可以分為有掩膜和無掩膜光刻機(jī)，無掩膜光刻機(jī)主要為激光直寫光刻機(jī), 主要應(yīng)用于FPD、PCB、PV等泛半導(dǎo)體領(lǐng)域，無掩膜光刻機(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)展是一個光學(xué)技術(shù)與系統(tǒng)集成工程不斷積累的過程，其復(fù)雜程度堪稱人類科技之巔。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)動學(xué)、高精度微環(huán)境控制、算法、微電子、高精度測控等多領(lǐng)域。ASML的成長路徑也莫過于此，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)的分類從光源的角度又可細(xì)分為I-line、DUV (KrF及ArF)、EUV。在這個領(lǐng)域，ASML的高數(shù)值孔徑EUV光刻機(jī)也被譽(yù)為人類工業(yè)文明皇冠上的明珠，其追求極致的線寬與套刻精度，可發(fā)出自然界不存在的 13.5納米EUV波長，鏡片的平坦度做到原子級，精密工件臺的運(yùn)動過載超過10G，單價超過2.75億美金。將ASML、NIKON等國際巨頭與ABM對比，可以打個比方，如果將光刻機(jī)比作“汽車”，那么全球光刻機(jī)設(shè)備商就只造兩種“車型”，一種是造“跑車”(EUV及DUV光刻機(jī))，代表企業(yè)有ASML、Nikon、SMEE，“跑車”追求極高的性能和極致的線寬，用于生產(chǎn)邏輯芯片、存儲芯片、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佳的性價比和高可靠性，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”來生產(chǎn)。目前中國的晶圓制造產(chǎn)能占比70%的晶圓廠仍在使用超過25年的光刻機(jī), 這些光刻機(jī)對比ASML和Nikon的高端機(jī)型都屬于“皮卡”，存量超過2000臺。但這些產(chǎn)能生產(chǎn)的芯片是保障中國在新能源汽車、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，中國本土的光刻機(jī)制造商需要在此實現(xiàn)國產(chǎn)化。但遺憾的是，即使是“皮卡”，中國光刻機(jī)設(shè)備的國產(chǎn)化率占比仍然較低，距離實現(xiàn)完全國產(chǎn)化和規(guī)模量產(chǎn)尚有相當(dāng)長的路。不同于半導(dǎo)體設(shè)備中薄膜設(shè)備、刻蝕設(shè)備的國產(chǎn)化率數(shù)倍于光刻機(jī), 光刻機(jī)是中國半導(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，無法跳躍，其性能的成熟仰賴長時間的產(chǎn)品迭代和技術(shù)積累。ABM的目標(biāo)，就是發(fā)揮20余年來在光路設(shè)計、零部件設(shè)計、組裝工序、環(huán)境控制、工藝數(shù)據(jù)庫等2000+自主專有技術(shù)的積累的基礎(chǔ)上, 首先實現(xiàn)在這個領(lǐng)域的光刻機(jī)完全國產(chǎn)化。從市場數(shù)據(jù)分析，在2014年到2022年，光刻機(jī)以每年超過580臺市場需求仍在持續(xù)增長，其中i-line光刻機(jī)增速最快市場需求強(qiáng)勁。EUV光刻機(jī)產(chǎn)能有限, 每年產(chǎn)出約40臺; DUV穩(wěn)步增長，每年有超過340臺的市場需求; i-line增速最快，每年超過200臺市場需求，采購額超過20億美元。從數(shù)據(jù)來看，i-line和DUV光刻機(jī)占據(jù)市場62%的市場份額。  此外，先進(jìn)封裝的蓬勃發(fā)展，也帶來對先進(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)、蘋果、高通等公司的產(chǎn)品高度仰賴臺積電的先進(jìn)封裝。未來，在人工智能、自動駕駛等應(yīng)用場景的高速推動下，產(chǎn)生更多的未知終端應(yīng)用，催生對先進(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)臺積電將CoWoS產(chǎn)能擴(kuò)張4倍仍然不夠。其他國際巨頭如英特爾、海力士、僅兩家的擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模超過200億美元；國內(nèi)如通富、長電、盛合晶微、日月光等，目前已公開的先進(jìn)封裝擴(kuò)產(chǎn)金額超過1500億元人民幣。全球先進(jìn)封裝產(chǎn)能將超過100萬片，按照每2萬片晶圓需要8-12臺光刻機(jī)推算，全球?qū)ο冗M(jìn)封裝光刻機(jī)需求已超過600臺。各家的先進(jìn)封裝工藝皆有不同標(biāo)準(zhǔn), 如臺積電CoWoS-R、CoWoS-S、CoWoS-L光刻工藝不同 (膠厚、曝光景深、L/S線距比), 考驗光刻機(jī)的適配性與綜合性能, 包含曝光面積、圖形拼接、對位標(biāo)記、分辨率、產(chǎn)能、工藝窗口等綜合性價比, 這些指標(biāo)決定先進(jìn)封裝的終端成本及競爭優(yōu)勢。臺積電在10年前推出（28nm）先進(jìn)封裝的報價為7美分/平方毫米, 現(xiàn)今已低于3美分/平方毫米；（3nm）先進(jìn)封裝的報價目前為28美分/平方毫米。成本控制對于先進(jìn)封裝的發(fā)展極為重要, 考驗光刻機(jī)供應(yīng)商的客制化選項與集成能力。ABM的光刻機(jī)可滿足主流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先進(jìn)制程的發(fā)展受限，通過先進(jìn)封裝和現(xiàn)有成熟制程搭配以實現(xiàn)中國高端芯片的全自主，已成為中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重點發(fā)展方向。以臺積電CoWoS技術(shù)指標(biāo)剖析, 中國設(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, 串起中國先進(jìn)封裝工藝成套設(shè)備的配置與布局，ABM正是中國極少數(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，成功樹立了ABM光刻機(jī)的國際品牌。未來，ABM將持續(xù)打造為光刻設(shè)備的國際化產(chǎn)業(yè)平臺。作為中國光刻機(jī)行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，ABM將繼續(xù)在中國高端光刻機(jī)國產(chǎn)化的道路上做一位孤獨的登山者。

閱讀 3624修改于2024年07月04日

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