2020光刻机行业市场发展趋势分析，我国在该领域有很大的突破

光刻机是芯片制造的核心设备之一，广义的光刻机包括用于生产芯片的光刻机、用于封装的光刻机、用于LED制造领域的投影光刻机。光刻机被业界誉为集成电路产业皇冠上的明珠，研发的技术门槛和资金门槛非常高。光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片，线路图的层数越多，也需要更精密的曝光控制过程。用于生产芯片的光刻机就是将光罩上的设计好集成电路图形通过光线的曝光印到光感材料上形成图形，目前是中国在半导体设备制造上最大的短板。

1、光刻机是芯片制造的核心设备

全球拥有光刻技术的公司只有美国的ultratech、荷兰的ASML、日本的Nikon和cannon。美国虽然是芯片界的鼻祖，但是光刻技术不如荷兰的ASML。而国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。我国的芯片海思麒麟845需要用到7纳米的光刻技术，而我国的光刻机只能够提供90纳米的光刻技术。光刻技术达不到芯片的要求，只能够作为研究过程中的纪念品。并且，由于西方瓦森纳协议的限制，中国只能买到报价仅1亿人民币的ASML中低产品。

表：光刻机工作原理和组成

资料来源：锐观咨询整理

2、全球光刻机市场分布

全球光刻机领域的龙头是荷兰ASML，占据全球90%的市场份额。在45nm以下的高端光刻机的市场中，占据80%以上的份额，垄断了高端光刻机市场。ASML的单台EUV光刻机的售价超过了6.3亿元，毛利率高达到45.2%。ASML的光刻机全年出货仅12台，且没有现货供应，需要提前很久预订才会排队生产，并且对部分国家有严格的销售清单限制。第五代EUV光刻机使用的是波长13.5nm的极紫外光，技术难度大、投资金额高，尼康、佳能等厂商均放弃研发。而ASML在三星、台积电、英特尔共同入股提供研发资金的支持下，在2010年研发出第一台EUV原型机，2016年实现向下游客户供货。2017年，ASML公司在EUV光刻技术上拥有世界第二的专利申请量，员工总数约有16500人，研发人员超过6000人，营收高达676亿元。

在高端光刻机领域，除了龙头ASML，尼康和佳能也曾有一席之地。但是，近些年高端光刻机市场基本被ASML占据。主流半导体产线中只有少数低阶老机龄的光刻机还是尼康或者佳能，尼康的光刻机只能用超低的价格来抢占市场。ASML的EUVNXE3350B单价超过1亿美元，ArFImmersion售价在7000万美元左右。而尼康最新的Ar-F光刻机售价还不到ASML的一半，但仍然无法挽回市场。一方面由于尼康失去了Intel这样的大客户。另一方面，尼康的光刻机在操作系统上设计的架构有缺陷，实际性能与ASML仍有不小差距，产品有瑕疵。Intel、台积电、三星用来加工14/16nm芯片的光刻机都是买自ASML，格罗方德、联电以及中芯国际等晶圆厂的光刻机主要也是来自ASML。

表：光刻机发展史

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IC前道光刻机技术最为复杂，光刻工艺是IC制造的核心环节也是占用时间比最大的步骤，光刻机是目前晶圆制造产线中成本最高的半导体设备。光刻设备约占晶圆生产线设备成本27%，光刻工艺占芯片制造时间40%-50%。高精度EUV光刻机的使用将使die和wafer的成本进一步减小，但是设备本身成本也会增长。

3、国内光刻机技术的突破

目前，国内光刻机技术最领先的是上海微电子装备有限公司（SMEE），在已量产的光刻机中性能最好的是能用来加工90nm芯片的光刻机，与国外技术差距较大。我国中科院长春光机所自上世纪90年代就在此领域展开了相关研究，但受限于国外设备技术封锁，以及自身技术薄弱等原因，进展一直远远落后。2008年将32-22nmEUV光刻技术列为重要攻关任务，2016年11月，由长春光机所牵头承担的国家科技重大专项02专项——“极紫外光刻关键技术研究”项目顺利完成验收前现场测试，初步建立了适应于极紫外光刻曝光光学系统研制的加工、检测、镀膜和系统集成平台，为我国光刻技术的可持续发展奠定了坚实的基础。中国目前有90纳米的光刻机，下一个技术台阶则是45纳米。另外，用于光刻机的固态深紫外光源也在研发进行中，还有电子束直写光刻机、纳米压印设备、极紫外光刻机技术也在研发。相应的升级的用的光刻胶，第3代折射液，等也在相应的研发中。

光刻机工件台是光刻机技术的难点之一，我国在该领域有很大的突破。为将设计图形制作到硅片上，并能在2~3平方厘米的方寸之地集成数十亿只晶体管，光刻机工件台在高速运动下需达到2nm的运动精度。我国的清华大学等单位不仅做出了满足90纳米光刻需要的工件台，针对28至65纳米光刻配套的双工件台也已研制成功，使我国成为世界上第二个研制出光刻机双工件台的国家。双工件台可以使生产芯片的速度增加到普通单工件台的3倍甚至更多，对国产芯片的制造有很重要的意义。但是，我国在激光光源和镜组方面仍有待突破，这也是导致我国在光刻机领域遭遇卡脖子困境的关键所在。

表：国内光刻机量产精度

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