前路方遙


上周一獨占全球極紫外光(EUV)光刻機市場的半導體設備大廠艾司摩爾(ASML),其位於柏林的光刻機關鍵零組件工廠發生火災;除中芯國際去年3月公布的12億美元光刻機採購清單或將再度延遲交貨外,也不免讓我們好奇,大陸的半導體設備國產化進程與現況。

去年全球半導體設備市場規模953億美元,除大約3%矽晶圓加工設備外,82%來自晶圓製造;其中,光刻機、刻蝕機及薄膜沈積三設備占比即達77%。

中國採招網統計,陸三大記憶體IC廠國產化比率已攀升至15%左右,但主集中刻蝕、薄膜沈積及清洗等三大領域,且以成熟製程為主;至於晶棒加工及抛光等矽晶圓加工設備之國產化比率仍不高,且除刻蝕機外,光刻機等晶圓加工設備離自給自足仍還有很長一段路要走,惟清洗等周邊設備大陸已漸能迎頭趕上。

關鍵設備仍有很長一段路要走
晶圓製造設備中,薄膜沈積設備占比約30%,雲岫資本半導體新一輪大周期設備投資報告顯示,大陸薄膜沈積設備國產化比率僅約2%;北方華創和拓荊科技居本土廠領先地位,前者具28奈米工藝水平,後者之CVD和ALD設備已成功應用於14奈米及以上製程。

光刻機是所有晶圓製造過程中最重要核心設備,ASML幾乎壟斷所有EUV光刻機市場;上海微電子雖專注於光刻機研發,但僅能以半導體後段製程所需之封裝光刻機為主;去年9月上海微電子發布可滿足0.8奈米分辨率光刻工藝需求的新一代封裝光刻機,同年11月鴻海集團富士康青島封測廠宣布引進上海微電子多達46台的國產28奈米封裝光刻機。


2021年11月9日,艾司摩爾(ASML)參展第四屆進博會。

刻蝕機與光刻機具同等重要性、占全部晶片製造設備投資至少15%;美Lam Research、應用材料及日本東京電子寡占全球蝕刻蝕機94%市場份額;2019年在科創板上市的中微公司主要供應中國大陸半導體生產廠所需介質刻蝕機,本土市占15%左右。

中微成立於2004年,目前擁有1,200多項專利,2020年即已推出5奈米刻蝕機,並成功打入台積電及三星等頭部半導體製造的5奈米先進裝程生產線;日前,更有媒體報導,中微公司業已完成3奈米刻蝕Alpha原型機之設計及製造開發評估。

周邊設備已慢慢迎頭趕上
在整個芯片製造過程中,不論是光刻加工、刻蝕拋光或且封裝前後等製程都需清洗,半導體清洗幾乎參與三分之一製程,其重要性不言而喻;美日韓三國共四家企業原本寡占全球半導體清洗設備市場近98%市場份額,惟成立於2005年的大陸本土企業盛美上海,其濕法清洗設備已能覆蓋半導體生產80%以上清洗工藝。

2021年1至10月,大陸晶圓製造企業招標96台清洗設備中,盛美上海、北方華創、屹唐半導體和芯源微等大陸本土企業得標37台、占比38.5%;不僅如此,盛美上海的半導體清洗設備早已打進台積電南京廠及韓國Sk海力士蘇州廠;在此同時,盛美上海去年亦獲得美商INTEL半導體清洗設備訂單,並準備安裝在INTEL美國工廠;凡此說明,盛美已能漸漸迎頭趕上、成為全球半導體清洗設備主流製造廠商之一。


2021年3月17日,盛美半導體參加2021中國國際半導體展。

跟進布局先進封裝技術 提升芯片效能
ASML推出的極紫外光(EUV)微影設備號稱可延長摩爾定律至少10年,因此EUV光刻機一躍成為台積電、三星及INTEL等先進製程晶圓製造廠與中芯國際等非先進製程晶圓製造廠間的最重要分野;同時說明,中芯國際為何會被美列入出口管制名單、禁止採購EUV光刻機。

近年來,受先進製程晶圓製造投資越來越貴的影響,先進製程已非後摩爾定律時代提升芯片效能唯一選項;往新材料發展或將不同芯片加以整合的前段芯片堆疊與後段3D封裝技術,亦漸成為半導體廠商提升芯片效能的另一重要策略選項。

3D等先進封裝技術並非源自封測廠商,而是由台積電團隊於2009年所提出;有鑒於此,2014年中芯國際與大陸最大封裝廠江蘇長電合資成立中芯長電,為的就是希望透過強強聯手、提升大陸本土3D封裝技術。

2020年12月18日美商務部以保護美國國家安全為由將中芯國際及其部分子公司列入實體清單,其中就包括了中芯長電;中芯國際因此被迫以3.97億美元出售所持有全部中芯長電股權,希望中芯長電能就此移出出口管制名單、專精發展半導體先進封裝技術。

除中芯長電3D集成芯片二期項目第一條生產線已於2020年初正式投產外,中芯國際亦於去年10月在北京舉行的IC WORLD大會上,發表了2.5D和3D IC封裝解决方案。

上一篇數位人民幣App 您下載了嗎?
下一篇綻放在黑暗裡的小燭光