【專題 | 「光刻機」光刻技術(shù)_ASML光刻機_國產(chǎn)光刻機_EUV光刻機】

隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G等行業(yè)的興起，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，給半導(dǎo)體制造設(shè)備帶來新一輪上升周期，集成電路占半導(dǎo)體產(chǎn)品份額的八成以上，光刻機作為集成電路的核心設(shè)備，市場情景廣闊。目前高端光刻機市場主要被ASML所壟斷，國產(chǎn)光刻機發(fā)展較晚，追趕國際先進技術(shù)任重道遠。
集成電路產(chǎn)線升級為光刻機帶來更大需求，2024年全球光刻機市場規(guī)模將達166.3億美元
集成電路裝備是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)中的重要環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵產(chǎn)品主要包括光刻機、刻蝕機、離子注入機、清洗研磨設(shè)備、檢測裝備、薄膜沉積設(shè)備（PVD）和化學(xué)氣象沉積設(shè)備（CVD）等。其中，技術(shù)難度最高、價值最大的當(dāng)屬光刻機，光刻機的精度直接決定了芯片精度的上限，在所有晶圓制造設(shè)備中，光刻機設(shè)備投資占比最多，達到30%。隨著集成電路產(chǎn)線升級，晶圓制程縮小以及尺寸變大將對其制備所需要的設(shè)備數(shù)量以及設(shè)備的性能提出更高要求，例如12英寸晶圓所需光刻機數(shù)量比6英寸和8英寸晶圓進一步增加，高端先進制程的需求也將對光刻機性能的要求。隨著集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展，集成電路裝備作為高技術(shù)裝備產(chǎn)業(yè)的典型代表將不斷升級，光刻設(shè)備市場將不斷增長，數(shù)據(jù)顯示，2020年全球光刻機市場規(guī)模131.8億美元，預(yù)計到2024年市場規(guī)模166.3億美元。

圖1 全球光刻機市場規(guī)模

光刻機高端市場ASML一家獨大，Nikon和Canon轉(zhuǎn)戰(zhàn)中低端市場
光刻機設(shè)備市場龍頭集中，產(chǎn)品從第一代到第五代分別為g-Line、i-Line、KrF、ArF 、EUV，產(chǎn)品技術(shù)和市場被ASML、Nikon和Canon三家瓜分。ASML在各種類型的光刻機上都有涉獵，除了i-line幾乎每種類型都是絕對龍頭，尤其是EUV光刻機ASML一家獨大，EUV采用的光源是13.5nm的極紫外光，產(chǎn)品制程可達到5nm和7nm。尼康光刻機產(chǎn)品主要是ArF immersion和ArF dry，佳能主要是KrF和i-line，由于ASML在光刻機高端市場技術(shù)壟斷范圍力度較大，Nikon和Canon已幾乎退出了高端市場，將其業(yè)務(wù)重點集中于中低端光刻機市場。數(shù)據(jù)顯示，2020年全球光刻機銷售數(shù)量達到了413臺，從銷量上來看，ASML、Canon、Nikon占比分別為62%、30%、8%，從銷售額看，占比分別為91%、3%、6%。由于售價最高、技術(shù)最為先進的EUV光刻機目前只有ASML能制造銷售，因此ASML光刻機市場份額將長期處于壟斷地位。

圖2 2020年全球光刻機銷售額占比

上海微電子作為我國光刻機行業(yè)的龍頭，28nm制程技術(shù)突破在即
國內(nèi)光刻機領(lǐng)域主要企業(yè)有上海微電子、國科精密、福晶科技、科益虹源、華卓精科、啟爾機電等。其中上海微電子專注于光刻機整機研制領(lǐng)域，國科精密和科益虹源和專注于浸沒式系統(tǒng)，華卓精科專注于雙工件臺技術(shù)領(lǐng)域，福晶科技專注于非線性光學(xué)晶體領(lǐng)域。目前IC前道光刻機國產(chǎn)化嚴重不足，主要差距體現(xiàn)在光學(xué)鏡片和光源，全球比較有權(quán)威的光學(xué)鏡片企業(yè)是卡爾蔡司，其和ASML合作開發(fā)出了用于EUV光刻機的光學(xué)鏡頭，是國際唯一一家可生產(chǎn)EUV光刻機光學(xué)鏡頭的企業(yè)。光源領(lǐng)域，全球比較領(lǐng)先的是極深紫外線，只有EUV能滿足10nm以下的晶圓制造，國內(nèi)比較先進的是科益虹源的浸沒式DUV光源，而DUV是無法達到10nm制程以下的。

表1 國內(nèi)光刻機相關(guān)企業(yè)主要產(chǎn)品

（資料來源：五度易鏈行業(yè)研究中心整理）

國內(nèi)光刻機龍頭企業(yè)是上海微電子，其最先進的ArF光源光刻機節(jié)點為90nm，是中國光刻機目前最高水平，另外公司的封裝光刻機國內(nèi)市占率達到了80%，全球市占率達到了40%。從不同制程光刻機面向的市場來看，10nm以下先進制程的芯片主要面向的是高端市場，需求量主要集中在手機等少數(shù)幾個領(lǐng)域，而28nm及以上芯片制程市場占比超過50%，廣泛應(yīng)用在家電、電子產(chǎn)品、汽車、工業(yè)機器人等多個領(lǐng)域。目前28nm國產(chǎn)光刻機主要是上海微電子在全力研發(fā)，有預(yù)告其將在2021年底完成第一臺28nm國產(chǎn)光刻機的交付，國產(chǎn)光刻機有望從此前的90nm工藝一舉突破到28nm工藝，同時也將具備向先進芯片制程（14nm/7nm/5nm）進發(fā)的基礎(chǔ)。

表2 上海微電子主要光刻機產(chǎn)品參數(shù)

（資料來源：五度易鏈行業(yè)研究中心整理）

結(jié)語
光刻機行業(yè)是一個高度壟斷的行業(yè)，特別是高端領(lǐng)域極紫外光刻光學(xué)技術(shù)方面，其代表了當(dāng)前應(yīng)用光學(xué)發(fā)展最高水平，技術(shù)壁壘較高，目前只有ASML一家企業(yè)掌握了這項技術(shù)。高端光刻設(shè)備對國內(nèi)封鎖嚴重，國產(chǎn)光刻機短時間內(nèi)很難進入高端市場，目前國內(nèi)只有上海微電子研制出了90nm制程光刻機，28nm制程光刻機也有望交付，屆時國產(chǎn)高端光刻設(shè)備領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破。

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