【專題 | 「光刻機」光刻技術_ASML光刻機_國產光刻機_EUV光刻機】

隨著物聯網、5G等行業的興起，半導體產業快速發展，給半導體制造設備帶來新一輪上升周期，集成電路占半導體產品份額的八成以上，光刻機作為集成電路的核心設備，市場情景廣闊。目前高端光刻機市場主要被ASML所壟斷，國產光刻機發展較晚，追趕國際先進技術任重道遠。
集成電路產線升級為光刻機帶來更大需求，2024年全球光刻機市場規模將達166.3億美元
集成電路裝備是集成電路產業鏈結構中的重要環節，其關鍵產品主要包括光刻機、刻蝕機、離子注入機、清洗研磨設備、檢測裝備、薄膜沉積設備（PVD）和化學氣象沉積設備（CVD）等。其中，技術難度最高、價值最大的當屬光刻機，光刻機的精度直接決定了芯片精度的上限，在所有晶圓制造設備中，光刻機設備投資占比最多，達到30%。隨著集成電路產線升級，晶圓制程縮小以及尺寸變大將對其制備所需要的設備數量以及設備的性能提出更高要求，例如12英寸晶圓所需光刻機數量比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。隨著集成電路產業發展，集成電路裝備作為高技術裝備產業的典型代表將不斷升級，光刻設備市場將不斷增長，數據顯示，2020年全球光刻機市場規模131.8億美元，預計到2024年市場規模166.3億美元。

圖1 全球光刻機市場規模

光刻機高端市場ASML一家獨大，Nikon和Canon轉戰中低端市場
光刻機設備市場龍頭集中，產品從第一代到第五代分別為g-Line、i-Line、KrF、ArF 、EUV，產品技術和市場被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，產品制程可達到5nm和7nm。尼康光刻機產品主要是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壟斷范圍力度較大，Nikon和Canon已幾乎退出了高端市場，將其業務重點集中于中低端光刻機市場。數據顯示，2020年全球光刻機銷售數量達到了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的龍頭，28nm制程技術突破在即
國內光刻機領域主要企業有上海微電子、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域，國科精密和科益虹源和專注于浸沒式系統，華卓精科專注于雙工件臺技術領域，福晶科技專注于非線性光學晶體領域。目前IC前道光刻機國產化嚴重不足，主要差距體現在光學鏡片和光源，全球比較有權威的光學鏡片企業是卡爾蔡司，其和ASML合作開發出了用于EUV光刻機的光學鏡頭，是國際唯一一家可生產EUV光刻機光學鏡頭的企業。光源領域，全球比較領先的是極深紫外線，只有EUV能滿足10nm以下的晶圓制造，國內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 國內光刻機相關企業主要產品

（資料來源：五度易鏈行業研究中心整理）

國內光刻機龍頭企業是上海微電子，其最先進的ArF光源光刻機節點為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幾個領域，而28nm及以上芯片制程市場占比超過50%，廣泛應用在家電、電子產品、汽車、工業機器人等多個領域。目前28nm國產光刻機主要是上海微電子在全力研發，有預告其將在2021年底完成第一臺28nm國產光刻機的交付，國產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）進發的基礎。

表2 上海微電子主要光刻機產品參數

（資料來源：五度易鏈行業研究中心整理）

結語
光刻機行業是一個高度壟斷的行業，特別是高端領域極紫外光刻光學技術方面，其代表了當前應用光學發展最高水平，技術壁壘較高，目前只有ASML一家企業掌握了這項技術。高端光刻設備對國內封鎖嚴重，國產光刻機短時間內很難進入高端市場，目前國內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，屆時國產高端光刻設備領域將實現重大突破。

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