中國(guó)首臺(tái)2.5D / 3D先進(jìn)封裝光刻機(jī)正式交付

據(jù)2022年2月7日消息，上海微電子裝備（集團(tuán)）股份有限公司（SMEE）舉行首臺(tái)2.5D/3D先進(jìn)封裝光刻機(jī)發(fā)運(yùn)儀式，向客戶正式交付先進(jìn)封裝光刻機(jī)。需要指出的是，上海微電子此次交付的是用于IC后道制造的“先進(jìn)封裝光刻機(jī)”，并不是大家通常認(rèn)知當(dāng)中的應(yīng)用于IC前道制造的“光刻機(jī)”。

早在2021年9月18日，上海微電子宣布推出SSB520型新一代大視場(chǎng)高分辨率先進(jìn)封裝光刻機(jī)。該光刻機(jī)主要應(yīng)用于高密度異構(gòu)集成領(lǐng)域，具有高分辨率、高套刻精度和超大曝光視場(chǎng)等特點(diǎn)，可幫助晶圓級(jí)先進(jìn)封裝企業(yè)實(shí)現(xiàn)多芯片高密度互連封裝技術(shù)的應(yīng)用，滿足異構(gòu)集成超大芯片封裝尺寸的應(yīng)用需求。根據(jù)資料顯示，該光刻機(jī)可滿足0.8μm（800nm）分辨率光刻工藝需求，極限分辨率可達(dá)0.6μm（600nm）；通過(guò)升級(jí)運(yùn)動(dòng)、量測(cè)和控制系統(tǒng)，套刻精度提升至≤100nm，并能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

注：1 微米(μm)=1000 納米(nm)

此外，曝光視場(chǎng)可提供53mm×66mm（4倍IC前道標(biāo)準(zhǔn)視場(chǎng)尺寸）和60mm×60mm兩種配置，可滿足異構(gòu)集成超大芯片封裝尺寸的應(yīng)用需求。該IC后道先進(jìn)封裝光刻機(jī)比起此前的SSB500/40和SSB500/50型有著較大的提升。SSB500系列步進(jìn)投影光刻機(jī)主要應(yīng)用于200mm/300mm集成電路先進(jìn)封裝領(lǐng)域，包括Flip Chip、Fan-In WLP、Fan-Out WLP和2.5D/3D等先進(jìn)封裝形式，可滿足Bumping、RDL和TSV等制程的晶圓級(jí)光刻工藝需求。以下為SSB500/40與 SSB500/50型光刻機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：

半導(dǎo)體制造設(shè)備可以分為前道設(shè)備和后道設(shè)備。其中，前道制造設(shè)備主要包括光刻機(jī)、涂膠顯影設(shè)備、刻蝕機(jī)、去膠機(jī)、薄膜沉積設(shè)備、清洗機(jī)、CMP設(shè)備、離子注入機(jī)、熱處理設(shè)備、量測(cè)設(shè)備;后道制造設(shè)備主要包括減薄機(jī)、劃片機(jī)、裝片機(jī)、引線鍵合機(jī)、測(cè)試機(jī)、分選機(jī)、探針臺(tái)等。作為國(guó)內(nèi)的光刻機(jī)制造商，上海微電子目前的光刻機(jī)產(chǎn)品主要包括其 SSX600 和 SSX500 兩個(gè)系列。其中， SSX600系列用于IC前道制造，最先進(jìn)的也只能用于90nm芯片的制造，而SSX500系列則用于IC后道制造，即IC后道的先進(jìn)封裝。

根據(jù)官網(wǎng)資料顯示，SSX600 系列步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)采用四倍縮小倍率的投影物鏡、工藝自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平技術(shù)，以及高速高精的自減振六自由度工件臺(tái)掩模臺(tái)技術(shù)，可滿足 IC 前道制造 90nm、110nm、280nm 關(guān)鍵層和非關(guān)鍵層的光刻工藝需求，該設(shè)備可用于 8吋線或 12 吋線的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。SSB500系列步進(jìn)投影光刻機(jī)則主要應(yīng)用于200mm/300mm集成電路先進(jìn)封裝領(lǐng)域，包括Flip Chip、Fan-In WLP、Fan-Out WLP和2.5D/3D等先進(jìn)封裝形式，可滿足Bumping、RDL和TSV等制程的晶圓級(jí)光刻工藝需求。資料顯示，在去年7月，富士康與青島國(guó)資合資設(shè)立的半導(dǎo)體封測(cè)項(xiàng)目(青島新核芯科技有限公司)，就引進(jìn)了上海微電子的封裝光刻機(jī)。11月26日，該晶圓級(jí)封測(cè)廠正式投產(chǎn)，據(jù)說(shuō)引進(jìn)多達(dá)46臺(tái)上海微電子的封裝光刻機(jī)。

去年9月18日，上海微電子舉行了新產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，宣布推出新一代大視場(chǎng)高分辨率先進(jìn)封裝光刻機(jī)(應(yīng)該是微米級(jí)分辨率的SSB500/40/50之外的其他型號(hào)，分辨率可能進(jìn)入了納米級(jí)別)。上海微電子曾表示，當(dāng)時(shí)已與多家客戶達(dá)成新一代先進(jìn)封裝光刻機(jī)銷(xiāo)售協(xié)議。據(jù)悉，當(dāng)時(shí)推出的新品光刻機(jī)主要應(yīng)用于高密度異構(gòu)集成領(lǐng)域，具有高分辨率、高套刻精度和超大曝光視場(chǎng)等特點(diǎn)，可幫助晶圓級(jí)先進(jìn)封裝企業(yè)實(shí)現(xiàn)多芯片高密度互連封裝技術(shù)的應(yīng)用，滿足異構(gòu)集成超大芯片封裝尺寸的應(yīng)用需求，同時(shí)將助力封裝測(cè)試廠商提升工藝水平、開(kāi)拓新的工藝，在封裝測(cè)試領(lǐng)域共同為中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出更多的貢獻(xiàn)。

芯片前道工藝七大設(shè)備，其中包括光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、鍍膜設(shè)備、量測(cè)設(shè)備、清洗機(jī)、離子注入機(jī)以及其他設(shè)備。光刻機(jī)主要作用為將掩膜版上的芯片電路轉(zhuǎn)移到硅片，是IC制造最核心環(huán)節(jié)。

半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)鏈主要分上游端設(shè)計(jì)、中游端制造、下游端封測(cè)三大環(huán)節(jié)。整個(gè)芯片制造中IC制造是最復(fù)雜、也是最為關(guān)鍵的工藝步驟。光刻機(jī)可分為三類：一是主要用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)；二是用于封裝的光刻機(jī)；三是用于LED制造領(lǐng)域的投影光刻機(jī)。其中用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)涉及眾多世界領(lǐng)先技術(shù)，中國(guó)與國(guó)外頂尖光刻機(jī)技術(shù)水平仍然存在較大差距。

2020年，中國(guó)芯片進(jìn)口總額超過(guò)3,500億美元，創(chuàng)下歷史新高。全球新冠疫情對(duì)于芯片產(chǎn)量的持續(xù)影響和5G、新能源汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域不斷增長(zhǎng)的需求，全球半導(dǎo)體供給持續(xù)緊張。芯片應(yīng)用不局限于手機(jī)和電腦，已涉及生活日常用品如冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)和電視等各類家用電器。全球集成電路行業(yè)銷(xiāo)售額由2012年2,382億美元增長(zhǎng)至2018年3,933億美元，CAGR達(dá)8.72%。

超高端EUV光刻機(jī)與DUV光刻機(jī)區(qū)別在于所使用的理論分辨率、物鏡組和光源不同，ArF則是DUV深紫外光刻機(jī)所用的光源。2017年，ASML成功研發(fā)出第五代EUV光刻機(jī)，采用將準(zhǔn)分子激光照射在錫等靶材，激發(fā)出13.5nm光子，作為光刻機(jī)光源。而上海微電子預(yù)計(jì)2021年底交付的28nm光刻機(jī)，則是使用ArF光源制造的DUV深紫外光刻機(jī)。EUV與DUV光刻機(jī)的對(duì)比。在分辨率方面，EUV使用13.5nm光源理論上分辨率可達(dá)1nm，而DUV使用浸入式技術(shù)最高可達(dá)7nm。物鏡組方面，EUV使用反射鏡組，DUV則是使用合成石英制造的非球面鏡片。光源方面，EUV使用獨(dú)有的EUV光源，全球僅為美國(guó)公司Cymer與日本Gigaphoton才能制造。目前全球唯一量產(chǎn)EUV光刻機(jī)使用的光源設(shè)備，是由Cymer公司所提供。DUV用的是準(zhǔn)分子ArF光源。

ASML作為全球唯一一家生產(chǎn)EUV極紫光刻機(jī)，壟斷全球高端光刻機(jī)供應(yīng)，超高端光刻機(jī)領(lǐng)域未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)格局難以改變。ASML公司在超高端光刻機(jī)領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭，成為唯一供應(yīng)商，旗下產(chǎn)品覆蓋全部級(jí)別光刻機(jī)設(shè)備。全球光刻機(jī)市場(chǎng)主要競(jìng)爭(zhēng)公司為ASML，尼康(Nikon)和佳能(Canon)三家。從光刻機(jī)銷(xiāo)售額來(lái)看，2019年三家合計(jì)市場(chǎng)份額占全球光刻機(jī)市場(chǎng)90%以上。從企業(yè)角度，Canon主要光刻機(jī)銷(xiāo)售集中在i-line光刻機(jī)；Nikon光刻機(jī)銷(xiāo)售則縱向跨度較大，在除EUV之外的類型均有涉及，其中以Arf和i-line光刻機(jī)領(lǐng)域較為突出；ASML，則在除i-line光刻機(jī)之外領(lǐng)域均具有較強(qiáng)的主導(dǎo)地位。尼康公司在光刻機(jī)行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)持續(xù)下滑態(tài)勢(shì)，但憑借多年技術(shù)積累依舊位居二線供應(yīng)商地位；佳能公司只能屈居三線；上海微電子裝備（SMEE）作為后起之秀，在前道光刻機(jī)領(lǐng)域暫時(shí)只提供低端光刻機(jī)。

由于光刻設(shè)備對(duì)光學(xué)技術(shù)和供應(yīng)鏈要求極高，擁有極高技術(shù)壁壘，已成為高度壟斷行業(yè)。上海微電子與ASML在光刻機(jī)領(lǐng)域的差距客觀反映中國(guó)和西方在精密制造領(lǐng)域差距，超高端光刻機(jī)關(guān)鍵零部件來(lái)自不同西方發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)光源，德國(guó)鏡頭和法國(guó)閥件等，所有核心零部件皆對(duì)中國(guó)禁運(yùn)，中國(guó)大學(xué)研究機(jī)構(gòu)在半導(dǎo)體領(lǐng)域也相對(duì)偏薄弱，短期內(nèi)無(wú)法提供有效技術(shù)支持，致使中國(guó)光刻機(jī)技術(shù)處在弱勢(shì)地位。中國(guó)光刻機(jī)在短時(shí)間內(nèi)難以追趕世界光刻機(jī)水平。

高精密光學(xué)鏡片和光源是光刻機(jī)核心部件之一。高數(shù)值孔徑鏡頭決定光刻機(jī)分辨率以及套值誤差能力，高性能光刻機(jī)則需要體積小、功率高和穩(wěn)定光源。在光刻機(jī)領(lǐng)域，全球光學(xué)鏡頭可用于光刻機(jī)的廠商僅為三家，分別為卡爾蔡司、尼康和佳能。用于超高端EUV極紫外光刻機(jī)鏡頭便由卡爾蔡司提供，長(zhǎng)期以來(lái)為ASML光刻設(shè)備提供高效能光學(xué)鏡頭。目前，主流EUV光源為激光等離子光源（LPP），只有美國(guó)廠商Cymer和日本廠商Gigaphoton才能夠生產(chǎn)。2013年，Cymer被ASML收購(gòu)共同研發(fā)EUV光源技術(shù)，為其光源技術(shù)提供保障。Cymer所占市場(chǎng)份額近70%，為世界光源制造領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。Gigaphoton于上世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，最先端產(chǎn)品為浸沒(méi)式光刻ArF激光器，憑借穩(wěn)定的技術(shù)和低操作成本等方面獲得全世界客戶好評(píng)，近年來(lái)在中國(guó)市場(chǎng)的裝機(jī)數(shù)量也持續(xù)增加，預(yù)計(jì)未來(lái)裝機(jī)量將逐漸增長(zhǎng)，Gigaphoton占70%中國(guó)市場(chǎng)份額。而中國(guó)科益虹源公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的首臺(tái)高能準(zhǔn)分子激光器，以高質(zhì)量和低成本的優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)中國(guó)在準(zhǔn)分子激光技術(shù)領(lǐng)域的空白，打破國(guó)外廠家對(duì)該技術(shù)產(chǎn)品長(zhǎng)期市場(chǎng)壟斷局面。

全球半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)復(fù)蘇，受益于下游晶圓巨大需求、服務(wù)器云計(jì)算和5G基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展，帶動(dòng)相關(guān)芯片需求，光刻機(jī)銷(xiāo)售額增速穩(wěn)定增長(zhǎng)。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)和5G市場(chǎng)高速發(fā)展，對(duì)芯片性能要求越來(lái)越高，對(duì)高性能光刻機(jī)設(shè)備需求也將進(jìn)一步加大。近年來(lái)下游晶圓代工廠加速擴(kuò)建產(chǎn)能，帶動(dòng)光刻機(jī)設(shè)備需求并有望持續(xù)增長(zhǎng)。目前7nmEUV光刻機(jī)平均每臺(tái)價(jià)格達(dá)到1.2億歐元，但晶圓代工廠對(duì)高端光刻機(jī)的需求量仍然不減。

全球光刻機(jī)需求端集中在中低端光刻機(jī)產(chǎn)品，隨著下游晶圓代工廠對(duì)晶圓尺寸和制程要求提高，高制程光刻機(jī)需求持續(xù)增長(zhǎng)，高端光刻機(jī)銷(xiāo)售額占全球市場(chǎng)份額的41%。中低端市場(chǎng)需求量不斷增長(zhǎng)，主要受先進(jìn)封裝的推動(dòng)。隨著技術(shù)發(fā)展，2015年至2020年先進(jìn)封裝光刻設(shè)備出貨量年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到15%，2020年總數(shù)將超過(guò)250臺(tái)/年。中低端光刻機(jī)由于技術(shù)壁壘較低，競(jìng)爭(zhēng)者數(shù)量較多，尼康與佳能憑借價(jià)格優(yōu)勢(shì)占據(jù)中低端市場(chǎng)主導(dǎo)地位。

近年來(lái)，隨著“摩爾定律”的推進(jìn)放緩，再加上追逐先進(jìn)制程工藝所帶來(lái)的成本壓力越來(lái)越高，使得越來(lái)越多的芯片廠商開(kāi)始選擇通過(guò)Chiplet、2.5D/3D先進(jìn)封裝技術(shù)來(lái)進(jìn)行異質(zhì)集成，從而在不完全依賴于制程工藝提升的情況下，以相對(duì)更低的成本來(lái)提升芯片的性能。特別是在美國(guó)持續(xù)打壓中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)，使得國(guó)內(nèi)芯片制造業(yè)在先進(jìn)制程上發(fā)展受阻的背景之下，2.5D/3D先進(jìn)封裝技術(shù)更是成為了國(guó)內(nèi)芯片制造業(yè)可以發(fā)力的另一大重點(diǎn)方向，這也推動(dòng)了市場(chǎng)對(duì)于封裝光刻機(jī)的需求。在此情況下，作為國(guó)內(nèi)本唯一的光刻機(jī)大廠，上海微電子的SSB500系列封裝光刻機(jī)出貨大增，并完成了首臺(tái)國(guó)產(chǎn)2.5D/3D先進(jìn)封裝光刻機(jī)正式交付也值得肯定。