中商情報(bào)網(wǎng)訊：光刻機(jī)作為芯片產(chǎn)業(yè)的核心裝備，有人稱它為“人類最精密復(fù)雜的機(jī)器”。同時(shí)，光刻機(jī)也被稱為半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠。光刻的主要作用是將掩模版上的芯片電路圖轉(zhuǎn)移到硅片上，是芯片制造的核心環(huán)節(jié)。光刻工藝定義了半導(dǎo)體器件的尺寸，光刻的工藝水平直接決定芯片的制程和性能水平。

業(yè)內(nèi)消息傳出，2021年3月初，中芯國(guó)際與荷蘭光刻機(jī)公司阿斯麥（簡(jiǎn)稱：ASML）簽下大單，訂購(gòu)12億美元光刻機(jī)。近年來(lái)，我國(guó)雖然在科技研發(fā)上取得了多項(xiàng)重大進(jìn)步，但在芯片研發(fā)和制造領(lǐng)域卻亟待突破，特別是在新冠疫情之后，全球新一輪的“芯片荒”來(lái)襲造成了產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)于芯片供不應(yīng)求的問(wèn)題，我國(guó)想要推進(jìn)獨(dú)立自主的芯片研發(fā)，光刻機(jī)的生產(chǎn)制造就顯得尤為重要。

一、產(chǎn)業(yè)鏈

從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游設(shè)備及材料、中游光刻機(jī)生產(chǎn)及下游光刻機(jī)應(yīng)用三大環(huán)節(jié)。

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二、上游分析

1.主要組件

光刻機(jī)生產(chǎn)制造的技術(shù)要求極高，ASML一臺(tái)光刻機(jī)包含了10萬(wàn)個(gè)零部件，需要40個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱才能裝下，涉及到上游5000多家供應(yīng)商，比如德國(guó)的光學(xué)設(shè)備與超精密儀器，美國(guó)的計(jì)量設(shè)備與光源等。一臺(tái)光刻機(jī)的主要部件包含測(cè)量臺(tái)與曝光臺(tái)、激光器、光束矯正器、能量控制器等11個(gè)模塊。

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2.光源

高端光刻機(jī)含有上萬(wàn)個(gè)零部件，而光學(xué)鏡片則是核心部件之一，高數(shù)值孔徑的鏡頭決定了光刻機(jī)的分辨率以及套值誤差能力；光源則是高端光刻機(jī)另一核心部件，光源波長(zhǎng)決定了光刻機(jī)的工藝能力。光刻機(jī)需要體積小、功率高而穩(wěn)定的光源。

隨著光源、曝光方式不斷改進(jìn)，光刻機(jī)經(jīng)歷了5代產(chǎn)品發(fā)展，每次改進(jìn)和創(chuàng)新都顯著提升了光刻機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的最小工藝節(jié)點(diǎn)。目前行業(yè)內(nèi)使用最多的是第四代浸入式光刻機(jī)，最高制程可達(dá)7nm，在7nm之后芯片廠商必須使用最頂級(jí)的EUV光刻機(jī)。EUV光刻機(jī)主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：更高的光刻分辨率；生產(chǎn)效率高，光刻工藝簡(jiǎn)單。但同時(shí)EUV光刻機(jī)也存在著許多問(wèn)題：耗能巨大，能量利用率低；光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造復(fù)雜；光罩掩模版表面缺陷。

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3.重點(diǎn)企業(yè)分析

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三、中游分析

1.分類

光刻機(jī)按照有無(wú)掩模可分為有掩模光刻機(jī)和無(wú)掩模光刻機(jī)。這兩類光刻機(jī)分別有不同的種類：無(wú)掩模光刻機(jī)分為電子束直寫(xiě)光刻機(jī)、激光直寫(xiě)光刻機(jī)、離子束直寫(xiě)光刻機(jī)，有掩模光刻機(jī)分為接近/接觸式光刻機(jī)以及投影光刻機(jī)。

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2.工作原理

光刻機(jī)的工作原理是通過(guò)一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過(guò)畫(huà)著線路圖的掩模，經(jīng)物鏡補(bǔ)償各種光學(xué)誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學(xué)方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。不同光刻機(jī)的成像比例不同，有5:1，也有4:1。

簡(jiǎn)而言之，光刻機(jī)本身的原理，其實(shí)和相機(jī)非常相似，光刻機(jī)就像是一臺(tái)巨大的單反相機(jī)。對(duì)比相機(jī)和光刻機(jī)，被拍攝的物體就等同于微影制程中的光罩，聚光鏡就是單反鏡頭，而底片（感光元件）就是預(yù)涂光阻層的晶圓。

                                  光刻機(jī)工作原理圖

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3.市場(chǎng)規(guī)模

根據(jù)ASML、Canon、Nikon公告，2020年全球光刻機(jī)銷(xiāo)量413臺(tái)，同比增長(zhǎng)15%，按季度依次是95臺(tái)、95臺(tái)、97臺(tái)、126臺(tái)，分別同比增長(zhǎng)19%、25%、8%、12%，銷(xiāo)售額130多億美元均創(chuàng)歷史新高。

數(shù)據(jù)來(lái)源：ASML、Canon、Nikon公告、中商產(chǎn)業(yè)研究院整理

數(shù)據(jù)顯示，2020年EUV光刻機(jī)銷(xiāo)量31臺(tái)占比8%，銷(xiāo)售額55億美元同比增長(zhǎng)76%，占光刻機(jī)市場(chǎng)規(guī)模的比例為41%；ArFimmersio銷(xiāo)量80臺(tái)占19%，銷(xiāo)售額估計(jì)54億美元同比下降7%，但占全球光刻機(jī)市場(chǎng)的40%。ArFdry、KrF、i-line光刻機(jī)銷(xiāo)量分別為32臺(tái)、130臺(tái)、140臺(tái)，分別同比增長(zhǎng)3%、57%、25%，銷(xiāo)量占比依次是8%、31%、34%，銷(xiāo)售額占比依次是5%、11%、3%。

數(shù)據(jù)來(lái)源：ASML、Canon、Nikon公告、中商產(chǎn)業(yè)研究院整理

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4.重點(diǎn)企業(yè)分析

全球光刻機(jī)市場(chǎng)主要由荷蘭的ASML、日本尼康（Nikon）和佳能（Canon）三家占據(jù)。如今雖然ASML正逐漸解除對(duì)華產(chǎn)品的禁售，但EUV這類的頂尖光刻機(jī)由于產(chǎn)能有限。上海微電子深耕光刻機(jī)產(chǎn)品研發(fā)，承擔(dān)多項(xiàng)專項(xiàng)科研任務(wù)。目前公司光刻機(jī)產(chǎn)品主要包括IC前道光刻機(jī)、IC后道封裝光刻機(jī)、面板前道光刻機(jī)、面板后道封裝光刻機(jī)。作為國(guó)內(nèi)光刻機(jī)設(shè)備領(lǐng)域的領(lǐng)航者，上海微電子承擔(dān)著國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)設(shè)備的希望，若能實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，中國(guó)大力發(fā)展的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)必將邁上一個(gè)新臺(tái)階。

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四、下游分析

國(guó)內(nèi)光刻機(jī)市場(chǎng)，除了應(yīng)用于IC前道的光刻機(jī)在不斷的發(fā)展之外，封裝光刻機(jī)以及LED/MEMS/功率器件光刻機(jī)的市場(chǎng)也不斷的發(fā)展壯大中。其中后面兩者國(guó)產(chǎn)化率較高。

1.晶圓制造

生產(chǎn)集成電路的簡(jiǎn)單步驟為：利用模版去除晶圓表面的保護(hù)膜。將晶圓浸泡在腐化劑中，失去保護(hù)膜的部分被腐蝕掉后形成電路。用純水洗凈殘留在晶圓表面的雜質(zhì)。晶圓是指制作硅半導(dǎo)體電路所用的硅晶片，一片晶圓可以制作數(shù)十個(gè)集成電路。數(shù)據(jù)顯示，2016年中國(guó)晶圓制造行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模突破1000億元，到2019年，中國(guó)晶圓制造行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)2000億元，達(dá)到2149.1億元。預(yù)計(jì)2021年，我國(guó)晶圓制造行業(yè)市場(chǎng)規(guī)?；蜻_(dá)到2941.4億元。

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2.芯片封測(cè)

封裝測(cè)試是將生產(chǎn)出來(lái)的合格晶圓進(jìn)行切割、焊線、塑封，使芯片電路與外部器件實(shí)現(xiàn)電氣連接，并為芯片提供機(jī)械物理保護(hù)，并利用集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)提供的測(cè)試工具，對(duì)封裝完畢的芯片進(jìn)行功能和性能測(cè)試。數(shù)據(jù)顯示，2016-2019年，我國(guó)芯片封裝測(cè)試市場(chǎng)規(guī)模由1036億元增長(zhǎng)至2350億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為12.42%。中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)，在2021年芯片封裝測(cè)試的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2931.2億元。

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3.LED制造

隨著LED技術(shù)成熟和燈珠成本降低、性價(jià)比逐漸提高，LED產(chǎn)品在各種下游應(yīng)用領(lǐng)域滲透率提升，我國(guó)LED市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增加。根據(jù)國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)，我國(guó)LED市場(chǎng)規(guī)模自2015年的4,245億元增長(zhǎng)至2019年的7,548億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為21.60%。預(yù)計(jì)2020年和2021年分別可以達(dá)到8,813億元和9,690億元。

數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中商產(chǎn)業(yè)研究院整理