一、光刻機出貨情況
2022年,前三大ASML、Nikon、Canon的集成電路用光刻機出貨達超過500臺,達到551臺,較2021年的478臺增加73臺,漲幅為15%。
從EUV、ArFi、ArF三個高端機型的出貨來看,2022年共出貨157臺,較2021年的152臺增長3%+。其中ASML出貨149臺,較2021年增加4臺,占有95%的市場;Nikon出貨8臺,占有5%的市場。雙方的市占率維持平衡。
EUV方面還是ASML獨占鰲頭,市占率100%;ArFi方面ASML市占率高達95%+;ArF方面ASML占有87%+的市場份額;KrF方面ASML也是占據(jù)72%+的市場份額;在i線方面ASML也有23%+的市場份額。
2022年各季度出貨量分別為95臺、139臺、144臺、173臺,相較2021年各季度,只有第一季出貨量有所下降,其他三個季度有所增長,且第三季、第四季連續(xù)創(chuàng)下出貨量的新高。
二、ASML
1、出貨情況
2022年ASML光刻機營收約161億美元,較2021年131億成長23%。
2022年ASML共出貨345臺光刻機,較2021年309年增加36臺,增長12%。其中EUV光刻機出貨40臺,較2021年減少2臺;ArFi光刻機出貨81臺,和2021持平;ArF光刻機出貨28臺,較2021年增加6臺;KrF光刻機出貨151臺,較2021年增加20臺;i-line光刻機出貨45臺,和2021年增加12臺。
2022年ASML的EUV光刻機營收占光刻機整體收入的44%,2022年單臺EUV平均售價超過1.7億歐元(約11億元),較2021年單臺平均售價增長15%。這主要是由于2022年公司主要是銷售TWINSCAN NXE: 3600D,相較TWINSCAN NXE: 3400C價格更高
從2011年出售第一臺EUV機臺以來,截止2022年第四季出貨達183臺。2022年EUV光刻機共加工晶圓超過4000萬片。
2022年來自中國大陸的光刻機收入約21.6億歐元,相較2021年是21.8億歐元,但是占比2022年來自中國大陸的光刻機收入的占比比2021年減少2個百分點。
2、ASML的EUV光刻機新進展
從2018年以來,ASML一是在加速EUV技術(shù)導(dǎo)入量產(chǎn);二是擴大EUV生產(chǎn)規(guī)模,從2018年的22臺增加到2021年的42臺,2022年逾50臺,2023年生產(chǎn)臺數(shù)將進一步增加;三是實驗以0.55 NA取代目前的0.33 NA,具有更高NA的EUV微影系統(tǒng)能將EUV光源投射到較大角度的晶圓,從而提高分辨率,并且實現(xiàn)更小的特征尺寸。
0.33 NA
目前主力出貨的TWINSCAN NXE: 3600D套刻精度為1.1nm,曝光速度30 mJ/cm2,每小時曝光160片晶圓,年產(chǎn)量為140萬片。據(jù)悉,NXE:3600D能達到93%的可用性,2023年有望達到進DUV光刻機95%的可用性。
從2017年第二季出貨第一臺量產(chǎn)機型TWINSCAN
NXE: 3400B至今,包括NXE: 3400B、NXE:
3400C和NXE: 3600D累計出貨超過150臺。
根據(jù)ASML EUV光刻機路線圖顯示,預(yù)計2023年出貨的NXE:3800E最初將以30mJ/cm2的速度提供大過每小時195片的產(chǎn)能,并在吞吐量升級后達到每小時220片,同時在像差、重疊和吞吐量方面進行漸進式光學(xué)改進;預(yù)計2025年出貨的NXE:4000F,套刻精度為0.8nm,吞吐量每小時220片。
圖片腳注1/2/3表明,初始晶圓每小時規(guī)格可能從 20mJ/cm2(250W) 開始,隨后到 30mJ/cm2(500W),更有可能是60mJ/cm2(500W)
0.55NA
在提升0.33 NA產(chǎn)能的同時,也在加快0.55 NA的研發(fā)進度。0.55 NA 的平臺名為EXE,具有新穎的光學(xué)設(shè)計和更快的處理速度。EXE平臺被設(shè)計為支持多個未來節(jié)點,從2納米邏輯節(jié)點開始,然后是類似密度的內(nèi)存節(jié)點。
EUV光刻機路線圖顯示,2023年將推出0.55 NA的EXE:5000研發(fā)機型,套刻精度為1.1nm,可用于1納米生產(chǎn)。按照業(yè)界當(dāng)前的情況推測,真正量產(chǎn)機型EXE:5200B出貨可能要等到2024年。英特爾位于亞利桑娜州的D1X P3已經(jīng)在今年啟用,新的潔凈室在等著2024年安裝EXE:5200B,2025年投產(chǎn)Intel
20工藝。
2022年SPIE先進光刻大會傳出消息,ASML在其位于Veldhoven的新潔凈室中已經(jīng)開始集成第一個0.55 NA EUV設(shè)備,原型機有望在2023年上半年完成;同時正在與IMEC建立一個原型機測試工廠,將在其中建造0.55 NA系統(tǒng),連接到涂層和開發(fā)軌道,配備計量設(shè)備,并建立與0.55 NA工具開發(fā)相伴的基礎(chǔ)設(shè)施,包括變形成像、新掩膜技術(shù)、計量、抗蝕劑篩選和薄膜圖案化材料開發(fā)等,并準(zhǔn)備最早在2025年使用生產(chǎn)模型,在2026年實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。
當(dāng)然,光刻機作為一個由來自全球近800家供貨商的數(shù)十萬個零件組成的“龐然巨物”,僅靠ASML一家努力是遠遠不夠的,其他和光刻機有關(guān)的廠商也已全力以赴,一切都在按計劃進行。
鏡頭的研發(fā)進度肯定影響新機型的出貨時間。蔡司為0.55 NA推出形變鏡頭,新的鏡頭系統(tǒng)在x方向上放大4倍,在y方向上放大8倍,使得曝光光場減半,由原來858mm2(26mm ×33mm)縮小為429 mm2(26mm ×16.5mm)。為了不影響單位生產(chǎn)率,必須通過實現(xiàn)2倍曝光掃描速度來解決因為0.55 NA光刻機系統(tǒng)所帶來的2倍的曝光次數(shù)。
光源方面,ASML圣地亞哥實驗室已經(jīng)實現(xiàn)了超過500W的光源功率,從經(jīng)驗來看,研究開發(fā)達到生產(chǎn)需要約2年的時間,2024年實現(xiàn)生產(chǎn)應(yīng)該沒有問題。500W可以允許0.55 NA半場成像光刻機上在60mJ/cm2曝光能量條件下,吞吐量達到每小時150片的生產(chǎn)效率。
EUV光刻膠方面,化學(xué)放大光刻膠(chemically-amplified resists,CAR) 和金屬氧化物光刻膠(metal-oxide resists)還處于推進階段,優(yōu)化參數(shù)仍在評估中,包括劑量敏感性、粘度、涂層均勻性與厚度、可實現(xiàn)的分辨率以及對曝光時材料內(nèi)光子/離子/電子相互作用。
當(dāng)然還有一個成本問題。目前出貨的0.33 NA光刻機售價約在10億元到15億元之間,那么未來0.55
NA光刻機售價多少合適,估計將翻倍,約在20億元到30億元之間。但是,0.55 NA EUV能夠減少晶圓廠的生產(chǎn)周期,因為單次0.55 NA EUV所需的總處理時間將少于多次通過0.33 NA EUV的總處理時間,生產(chǎn)周期縮短意味著提高了產(chǎn)能;另一方面,也提高了芯片設(shè)計的靈活性,可以縮短芯片設(shè)計周期。
不過目前看來,客戶下單還是挺積極,臺積電、英特爾、三星電子和SK海力士都訂購了0.55 NA光刻機。
未來Hyper-NA (0.7/0.75NA)
2022年SPIE先進光刻大會上,英特爾的Mark Phillips預(yù)測,未來High-NA也許是0.7 NA。就是不知道代價有多大。
ASML日前在2022年度財報中表示,2030年之后,將有望實現(xiàn)NA高于0.7(Hyper-NA)的EUV光刻機,但一切都取決于成本。
ASML正在繼續(xù)努力控制當(dāng)前0.33
NA EUV以及High-NA和 Hyper-NA的成本,以確保微縮的需求仍然強勁。
Hyper-NA EUV光刻機正在走來的路上。
三、Canon
1、出貨情況
2022年,Canon光刻機營收約為20億美元。
2022年,Canon的半導(dǎo)體用光刻機還是i-line、KrF兩類機臺出貨,光刻機出貨量達176臺,較2021年出貨增加36臺,增幅25%;其中i-line機臺是出貨的主力,出貨125臺。佳能表示,得益于半導(dǎo)體光刻機在電力及傳感器等廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)堅挺,生產(chǎn)能力得到最大限度的提升,因此銷售臺數(shù)同比實現(xiàn)上漲。
2022年,Canon面板(FPD)用光刻機出貨51臺,較2021年出貨量減少16臺。
佳能表示2023年要新建光刻機工廠,產(chǎn)能要提升兩倍;同時押注NIL技術(shù),盡快實現(xiàn)5nm精度。
2、佳能的納米壓印技術(shù)發(fā)展
1995年,普林斯頓大學(xué)的華人科學(xué)家周郁(Stephen Chou)教授首次提出納米壓印(Nanoimprint
Lithography,NIL)概念,從此揭開了納米壓印制造技術(shù)的研究序幕。
由于納米壓印技術(shù)的加工過程不使用可見光或紫外光加工圖案,而是使用機械手段進行圖案轉(zhuǎn)移(相當(dāng)于光學(xué)曝光技術(shù)中的曝光和顯影工藝過程),然后利用刻蝕傳遞工藝將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到其他任何材料上,這種方法能達到很高的分辨率。報道的最高分辨率可達2納米。此外,模板可以反復(fù)使用,無疑大大降低了加工成本,也有效縮短了加工時間。
納米壓印技術(shù)將現(xiàn)代微電子加工工藝融合于印刷技術(shù)中,克服了光學(xué)曝光技術(shù)中光衍射現(xiàn)象造成的分辨率極限問題,展示了超高分辨率、高效率、低成本、適合工業(yè)化生產(chǎn)的獨特優(yōu)勢,從發(fā)明至今,一直受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度重視。
經(jīng)過年30年的研究,納米壓印技術(shù)已經(jīng)在許多方面有了新進展。最初的納米壓印技術(shù)是使用熱固性材料作為轉(zhuǎn)印介質(zhì)填充在模板與待加工材料之間,轉(zhuǎn)移時需要加高壓并加熱來使其固化。后來人們使用光刻膠代替熱固性材料,采用注入式代替壓印式加工,避免了高壓和加熱對加工器件的損壞,也有效防止了氣泡對加工精度的影響。
而模板的選擇也更加多樣化。原來的剛性模板雖然能獲得較高的加工精度,但僅能應(yīng)用于平面加工。研究者們提出了使用彈性模量較高的PDMS作為模板材料,開發(fā)了軟壓印技術(shù)。這種柔性材料制成的模板能夠貼合不同形貌的表面,使得加工不再局限于平面,對顆粒、褶皺等影響加工質(zhì)量的因素也有了更好的容忍度。
佳能(Canon)從2004年開始一直秘密研發(fā)納米壓印技術(shù);直到2014年收購美國從事納米壓印基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)的Molecular Imprints公司(現(xiàn)Canon Nanotechnologies公司)才公開。
最新的納米壓?。∟IL)的參數(shù)指標(biāo)不錯,套刻精度為2.4nm/3.2nm,每小時可曝光超過100片晶圓。
據(jù)悉,納米壓?。∟IL)已經(jīng)達到3D
NAND的要求,2017年7月日本3D NAND大廠鎧俠(Kioxia,原東芝存儲部門)已經(jīng)開始使用此設(shè)備。在3D NAND之外 也可以滿足1Anm DRAM的生產(chǎn)需求。
佳能和大日本印刷(DNP)、鎧俠合作,在技術(shù)研發(fā)中NIL已經(jīng)可以處理高達5nm的電路線寬。大日本印刷通過模擬測試發(fā)現(xiàn),在形成電路過程中每個晶圓的功耗僅為使用EUV光刻的十分之一左右。
四、Nikon
2022年度,Nikon光刻機業(yè)務(wù)營收約15億美元。
2022年度,Nikon集成電路用光刻機出貨30臺,較2021年減少5臺。其中ArFi光刻機出貨4臺,和2021年持平;ArF光刻機出貨4臺,較2021年度增加1臺;KrF光刻機出貨7臺,較2021年度增加2臺;i-line光刻機出貨15臺,較2021年度減少8臺。
2022年度,Nikon全新機臺出貨14臺,翻新機臺出貨16臺。
2022年,Nikon面板(FPD)用光刻機出貨28臺,較2021年大減40%。其中10.5代線用光刻機出貨5臺。