【專(zhuān)題 | 「光刻機(jī)」光刻技術(shù)_ASML光刻機(jī)_國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)_EUV光刻機(jī)】

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(lái)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(jī)作為集成電路的核心設(shè)備，市場(chǎng)情景廣闊。目前高端光刻機(jī)市場(chǎng)主要被ASML所壟斷，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)發(fā)展較晚，追趕國(guó)際先進(jìn)技術(shù)任重道遠(yuǎn)。
集成電路產(chǎn)線(xiàn)升級(jí)為光刻機(jī)帶來(lái)更大需求，2024年全球光刻機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)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(jī)、刻蝕機(jī)、離子注入機(jī)、清洗研磨設(shè)備、檢測(cè)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(jià)值最大的當(dāng)屬光刻機(jī)，光刻機(jī)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(jī)設(shè)備投資占比最多，達(dá)到30%。隨著集成電路產(chǎn)線(xiàn)升級(jí)，晶圓制程縮小以及尺寸變大將對(duì)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(jī)數(shù)量比6英寸和8英寸晶圓進(jìn)一步增加，高端先進(jìn)制程的需求也將對(duì)光刻機(jī)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(jí)，光刻設(shè)備市場(chǎng)將不斷增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)顯示，2020年全球光刻機(jī)市場(chǎng)規(guī)模131.8億美元，預(yù)計(jì)到2024年市場(chǎng)規(guī)模166.3億美元。

圖1 全球光刻機(jī)市場(chǎng)規(guī)模

光刻機(jī)高端市場(chǎng)ASML一家獨(dú)大，Nikon和Canon轉(zhuǎn)戰(zhàn)中低端市場(chǎng)
光刻機(jī)設(shè)備市場(chǎng)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(chǎng)被ASML、Nikon和Canon三家瓜分。ASML在各種類(lèi)型的光刻機(jī)上都有涉獵，除了i-line幾乎每種類(lèi)型都是絕對(duì)龍頭，尤其是EUV光刻機(jī)ASML一家獨(dú)大，EUV采用的光源是13.5nm的極紫外光，產(chǎn)品制程可達(dá)到5nm和7nm。尼康光刻機(jī)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(jī)高端市場(chǎng)技術(shù)壟斷范圍力度較大，Nikon和Canon已幾乎退出了高端市場(chǎng)，將其業(yè)務(wù)重點(diǎn)集中于中低端光刻機(jī)市場(chǎng)。數(shù)據(jù)顯示，2020年全球光刻機(jī)銷(xiāo)售數(shù)量達(dá)到了413臺(tái)，從銷(xiāo)量上來(lái)看，ASML、Canon、Nikon占比分別為62%、30%、8%，從銷(xiāo)售額看，占比分別為91%、3%、6%。由于售價(jià)最高、技術(shù)最為先進(jìn)的EUV光刻機(jī)目前只有ASML能制造銷(xiāo)售，因此ASML光刻機(jī)市場(chǎng)份額將長(zhǎng)期處于壟斷地位。

圖2 2020年全球光刻機(jī)銷(xiāo)售額占比

上海微電子作為我國(guó)光刻機(jī)行業(yè)的龍頭，28nm制程技術(shù)突破在即
國(guó)內(nèi)光刻機(jī)領(lǐng)域主要企業(yè)有上海微電子、國(guó)科精密、福晶科技、科益虹源、華卓精科、啟爾機(jī)電等。其中上海微電子專(zhuān)注于光刻機(jī)整機(jī)研制領(lǐng)域，國(guó)科精密和科益虹源和專(zhuān)注于浸沒(méi)式系統(tǒng)，華卓精科專(zhuān)注于雙工件臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域，福晶科技專(zhuān)注于非線(xiàn)性光學(xué)晶體領(lǐng)域。目前IC前道光刻機(jī)國(guó)產(chǎn)化嚴(yán)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(kāi)發(fā)出了用于EUV光刻機(jī)的光學(xué)鏡頭，是國(guó)際唯一一家可生產(chǎn)EUV光刻機(jī)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(xiàn)，只有EUV能滿(mǎn)足10nm以下的晶圓制造，國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的是科益虹源的浸沒(méi)式DUV光源，而DUV是無(wú)法達(dá)到10nm制程以下的。

表1 國(guó)內(nèi)光刻機(jī)相關(guān)企業(yè)主要產(chǎn)品

（資料來(lái)源：五度易鏈行業(yè)研究中心整理）

國(guó)內(nèi)光刻機(jī)龍頭企業(yè)是上海微電子，其最先進(jìn)的ArF光源光刻機(jī)節(jié)點(diǎn)為90nm，是中國(guó)光刻機(jī)目前最高水平，另外公司的封裝光刻機(jī)國(guó)內(nèi)市占率達(dá)到了80%，全球市占率達(dá)到了40%。從不同制程光刻機(jī)面向的市場(chǎng)來(lái)看，10nm以下先進(jìn)制程的芯片主要面向的是高端市場(chǎng)，需求量主要集中在手機(jī)等少數(shù)幾個(gè)領(lǐng)域，而28nm及以上芯片制程市場(chǎng)占比超過(guò)50%，廣泛應(yīng)用在家電、電子產(chǎn)品、汽車(chē)、工業(yè)機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域。目前28nm國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)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(tái)28nm國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的交付，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)有望從此前的90nm工藝一舉突破到28nm工藝，同時(shí)也將具備向先進(jìn)芯片制程（14nm/7nm/5nm）進(jìn)發(fā)的基礎(chǔ)。

表2 上海微電子主要光刻機(jī)產(chǎn)品參數(shù)

（資料來(lái)源：五度易鏈行業(yè)研究中心整理）

結(jié)語(yǔ)
光刻機(jī)行業(yè)是一個(gè)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(xiàng)技術(shù)。高端光刻設(shè)備對(duì)國(guó)內(nèi)封鎖嚴(yán)重，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)短時(shí)間內(nèi)很難進(jìn)入高端市場(chǎng)，目前國(guó)內(nèi)只有上海微電子研制出了90nm制程光刻機(jī)，28nm制程光刻機(jī)也有望交付，屆時(shí)國(guó)產(chǎn)高端光刻設(shè)備領(lǐng)域?qū)?shí)現(xiàn)重大突破。

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