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在经历了中兴事件之后，深深让国人感受到了中国在半导体芯片领域的薄弱，而此次美国升级对华为的制裁，更是让国人认识到了中国在芯片制造设备领域的薄弱。而对于芯片制造来说，最为关键的设备当属光刻机。 资料显示，光刻工艺是芯片制造过程中占用时间比最大的步骤，约占芯片制造总时长的40%-50%。同时，光刻机也是目前晶圆制造产线中成本最高的半导体设备，约占晶圆生产线设备总成本的27%。 而在目前的光刻机市场，ASML、佳能以及尼康是最大的三家供应商，占据了全球99%的市场。其中ASML 在高端市场一家独大，且是全球唯一的EUV 光刻机供应商。可以说，中国的中高端光刻机市场一直都是被这三家国外厂商所垄断。 一、光刻工艺复杂，设备技术壁垒高 光刻技术指利用光学-化学反应原理，将电路图转移到晶圆表面的工艺技术，光刻机是光刻工序中的一种投影曝光系统。其包括光源、光学镜片、对准系统等。在制造过程中，通过投射光束，穿过掩膜板和光学镜片照射涂敷在基底上的光敏性光刻胶，经过显影后可以将电路图最终转移到硅晶圆上。 光刻机分为无掩模光刻机和有掩模光刻机。 （1）无掩模光刻机可分为电子束直写光刻机、离子束直写光刻机、激光直写光刻机。电子束直写光刻机可以用于高分辨率掩模版以及集成电路原型验证芯片等的制 造，激光直写光刻机一般是用于小批量特定芯片的制造。 （2）有掩模光刻机分为接触/接近式光刻机和投影式光刻机。接触式光刻和接近式光刻机出现的时期较早，投影光刻机技术更加先进，图形比例不需要为 1:1，减低了掩膜板制作成本，目前在先进制程中广泛使用。 随着曝光光源的改进，光刻机工艺技术节点不断缩小。光刻设备从光源（从最初的 g-Line, i-Line 发展到 EUV）、曝光方式（从接触式到步进式，从干式投影到浸没式投影）不断进行着改进。 芯片尺寸的缩小以及性能的提升依赖于光刻技术的发展。光刻设备光源波长的进一步缩小将推动先进制程的发展，进而降低芯片功耗以及缩小芯片的尺寸。 目前光刻机主要可以分为 IC 前道制造光刻机（市场主流）、IC 后道先进封装光刻机、LED/MEMS/Power Devices 制造用光刻机以及面板光刻机。 其中 IC 前道光刻机需求量和价值量都最高，但是技术难度最大。而封装光刻机对于光刻的精度要求低于前道光刻要求，面板光刻机主要用在薄膜晶体管制造中，与 IC 前道光刻机相比技术难度更低。 以上光刻机市场规模大小和增速以及竞争格局和国产化程度是不同的，接下来我们将分别进行分析。 二、光刻机市场被国外厂商垄断 1、IC 前道光刻机市场，ASML一家独大 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。根据格罗方德的数据显示，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%。
根据International Society for Optics and Photonics 以及 VLSI Research 研究发现，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。 △利用高端光刻机实现的先进制程可以进一步降低芯片尺寸和成本，但是设备成本会增长（数据来源：International Society for Optics and Photonics） 光刻设备量价齐升带动光刻设备市场不断增长。一方面，随着芯片制程的不断升级，IC 前道光刻机价格不断攀升。 目前最先进的 EUV 设备在2018 年单台平均售价高达 1.04 亿欧元，较 2017 年单台平均售价增长4%。另一方面，晶圆尺寸变大和制程缩小将使产线所需的设备数量加大，性能要求变高。 12 寸晶圆产线中所需的光刻机数量相较于 8 寸晶圆产线将进一步上升。同时预计 2020 年随着半导体产线得到持续扩产，光刻机需求也将进一步加大。 光刻机采购节奏是内资产线资本支出的关键信号。内资产线一般会优先采购价值量和技术难度最高的光刻机。从长江存储、华力微、华虹无锡、中芯绍兴以及株洲中车的光刻机采购情况来看，各产线 19Q4 至今光刻机合计采购量可观，预示其 2020 年内资产线资本支出将进一步提升。 ASML、佳能以及尼康是全球光刻机市场的主要供应商，其中 ASML 在高端市场一家独大并且垄断 EUV 光刻机。从光刻机总体出货量来看（含非 IC 前道光刻机），目前全球光刻机出货量 99%集中在 ASML、尼康和佳能。其中ASML份额最高，达到67.3%，且垄断了高端 EUV 光刻机市场。 需要指出的是，ASML技术先进离不开高投入，其研发费用率始终维持在 15%-20%，远高于Nikon 和 Canon。 |
