光刻是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤,耗时长、成本高。半导体芯片生产的难点和关键点在于将电路图从掩模上转移至硅片上,这一过程通过光刻来实现,光刻的工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平。芯片在生产中需要进行20-30次的光刻,耗时占到IC生产环节的50%左右,占芯片生产成本的1/3。
光刻的原理是在硅片表面覆盖一层具有高度光敏感性光刻胶,再用光线(一般是紫外光、深紫外光、极紫外光)透过掩模照射在硅片表面,被光线照射到的光刻胶会发生反应。此后用特定溶剂洗去被照射或是未被照射的光刻胶,就实现了电路图从掩模到硅片的转移。光刻完成后对没有光刻胶保护的硅片部分进行刻蚀,最后洗去剩余光刻胶,就实现了半导体器件在硅片表面的构建过程。
光刻胶又称光致抗蚀剂,是利用光化学反应,经曝光、显影等光刻工序将所需要的微细图形从光罩(掩模版)转移到待加工基片上的图形转移介质,其技术是光刻工艺的核心,而光刻胶的选择和光刻胶工艺的研发是一项非常漫长而复杂的过程。光刻胶需要与光刻机、掩模版及半导体制程中的许多工艺步骤相配合,因此一旦一种光刻工艺建立起来,便极少再去改变,因而光刻胶的研发突破难度较大。对于半导体制造商来说,更换既定使用的光刻胶需要通过漫长的测试周期。同时,开发光刻胶的成本也是巨大的,对于厂商而言量产测试时需要产线配合,测试需要付出的成本也是巨大的。
国产光刻机/胶发展机遇
行业现状:市场规模增量主要来自EUV,ASML垄断约90%光刻机市场
2020年全球光刻机销量413台,估计销售额130多亿美元均创历史新高,其中EUV光刻机销量31台占比8%,销售额55亿美元同比增长76%,占光刻机市场规模的比例为41%;ArF i销量80台占19%,销售额估计54亿美元同比下降7%,但占全球光刻机市场的40%。
竞争格局方面,ASML销售258台占比62%,Canon销售122台(KrF、i-line)占比30%,Nikon销售33台占比8%,按销售额计算,ASML、Canon、Nikon的光刻机销售额占比依次是91%、3%、6%。2020年,EUV目前仅有ASML制造供应