光刻机市场研究报告

中商情报网讯：光刻机作为芯片产业的核心装备，有人称它为“人类最精密复杂的机器”。同时，光刻机也被称为半导体工业皇冠上的明珠。光刻的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上，是芯片制造的核心环节。光刻工艺定义了半导体器件的尺寸，光刻的工艺水平直接决定芯片的制程和性能水平。业内消息传出，2021年3月初，中芯国际与荷兰光刻机公司阿斯麦（简称：ASML）签下大单，订购12亿美元光刻机。近年来，我国虽然在科技研发上取得了多项重大进步，但在芯片研发和制造领域却亟待突破，特别是在新冠疫情之后，全球新一轮的“芯片荒”来袭造成了产业链对于芯片供不应求的问题，我国想要推进独立自主的芯片研发，光刻机的生产制造就显得尤为重要。一、产业链从产业链来看，光刻机产业链主要包括上游设备及材料、中游光刻机生产及下游光刻机应用三大环节。资料来源：中商产业研究院整理二、上游分析1.主要组件光刻机生产制造的技术要求极高，ASML一台光刻机包含了10万个零部件，需要40个标准集装箱才能装下，涉及到上游5000多家供应商，比如德国的光学设备与超精密仪器，美国的计量设备与光源等。一台光刻机的主要部件包含测量台与曝光台、激光器、光束矫正器、能量控制器等11个模块。2.光源高端光刻机含有上万个零部件，而光学镜片则是核心部件之一，高数值孔径的镜头决定了光刻机的分辨率以及套值误差能力；光源则是高端光刻机另一核心部件，光源波长决定了光刻机的工艺能力。光刻机需要体积小、功率高而稳定的光源。随着光源、曝光方式不断改进，光刻机经历了5代产品发展，每次改进和创新都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。目前行业内使用最多的是第四代浸入式光刻机，最高制程可达7nm，在7nm之后芯片厂商必须使用最顶级的EUV光刻机。EUV光刻机主要技术优势如下：更高的光刻分辨率；生产效率高，光刻工艺简单。但同时EUV光刻机也存在着许多问题：耗能巨大，能量利用率低；光学系统设计与制造复杂；光罩掩模版表面缺陷。3.重点企业分析三、中游分析1.分类光刻机按照有无掩模可分为有掩模光刻机和无掩模光刻机。这两类光刻机分别有不同的种类：无掩模光刻机分为电子束直写光刻机、激光直写光刻机、离子束直写光刻机，有掩模光刻机分为接近/接触式光刻机以及投影光刻机。2.工作原理光刻机的工作原理是通过一系列的光源能量、形状控制手段，将光束透射过画着线路图的掩模，经物镜补偿各种光学误差，将线路图成比例缩小后映射到硅片上，然后使用化学方法显影，得到刻在硅片上的电路图。不同光刻机的成像比例不同，有5:1，也有4:1。简而言之，光刻机本身的原理，其实和相机非常相似，光刻机就像是一台巨大的单反相机。对比相机和光刻机，被拍摄的物体就等同于微影制程中的光罩，聚光镜就是单反镜头，而底片（感光元件）就是预涂光阻层的晶圆。光刻机工作原理图资料来源：智能电子集成网、中商产业研究院整理3.市场规模根据ASML、Canon、Nikon公告，2020年全球光刻机销量413台，同比增长15%，按季度依次是95台、95台、97台、126台，分别同比增长19%、25%、8%、12%，销售额130多亿美元均创历史新高。数据来源：ASML、Canon、Nikon公告、中商产业研究院整理数据显示，2020年EUV光刻机销量31台占比8%，销售额55亿美元同比增长76%，占光刻机市场规模的比例为41%；ArFimmersio销量80台占19%，销售额估计54亿美元同比下降7%，但占全球光刻机市场的40%。ArFdry、KrF、i-line光刻机销量分别为32台、130台、140台，分别同比增长3%、57%、25%，销量占比依次是8%、31%、34%，销售额占比依次是5%、11%、3%。数据来源：ASML、Canon、Nikon公告、中商产业研究院整理数据来源：ASML、Canon、Nikon公告、中商产业研究院整理4.重点企业分析全球光刻机市场主要由荷兰的ASML、日本尼康（Nikon）和佳能（Canon）三家占据。如今虽然ASML正逐渐解除对华产品的禁售，但EUV这类的顶尖光刻机由于产能有限。上海微电子深耕光刻机产品研发，承担多项专项科研任务。目前公司光刻机产品主要包括IC前道光刻机、IC后道封装光刻机、面板前道光刻机、面板后道封装光刻机。作为国内光刻机设备领域的领航者，上海微电子承担着国产光刻机设备的希望，若能实现光刻机设备的国产化，中国大力发展的半导体产业必将迈上一个新台阶。四、下游分析国内光刻机市场，除了应用于IC前道的光刻机在不断的发展之外，封装光刻机以及LED/MEMS/功率器件光刻机的市场也不断的发展壮大中。其中后面两者国产化率较高。1.晶圆制造生产集成电路的简单步骤为：利用模版去除晶圆表面的保护膜。将晶圆浸泡在腐化剂中，失去保护膜的部分被腐蚀掉后形成电路。用纯水洗净残留在晶圆表面的杂质。晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，一片晶圆可以制作数十个集成电路。数据显示，2016年中国晶圆制造行业市场规模突破1000亿元，到2019年，中国晶圆制造行业市场规模超过2000亿元，达到2149.1亿元。预计2021年，我国晶圆制造行业市场规模或达到2941.4亿元。数据来源：中商产业研究院整理2.芯片封测封装测试是将生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封，使芯片电路与外部器件实现电气连接，并为芯片提供机械物理保护，并利用集成电路设计企业提供的测试工具，对封装完毕的芯片进行功能和性能测试。数据显示，2016-2019年，我国芯片封装测试市场规模由1036亿元增长至2350亿元，年均复合增长率为12.42%。中商产业研究院预测，在2021年芯片封装测试的市场规模将达到2931.2亿元。3.LED制造随着LED技术成熟和灯珠成本降低、性价比逐渐提高，LED产品在各种下游应用领域渗透率提升，我国LED市场规模持续增加。根据国家半导体照明工程研发及产业联盟数据，我国LED市场规模自2015年的4,245亿元增长至2019年的7,548亿元，年均复合增长率为21.60%。预计2020年和2021年分别可以达到8,813亿元和9,690亿元。数据来源：国家半导体照明工程研发及产业联盟、中商产业研究院整理更多资料请参考中商产业研究院发布的《中国光刻机行业市场前景及投资机会研究报告》，同时中商产业研究院还提供产业大数据、产业情报、产业研究报告、产业规划、园区规划、十四五规划、产业招商引资等服务。

产业链——在半导体产业中占据重要地位光刻机又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，是制造芯片的核心装备。它采用类似照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。光刻机是半导体产业中最关键设备，光刻工艺决定了半导体线路的线宽，同时也决定了芯片的性能和功耗。光刻机产业的上游主要包括光刻机核心组件和光刻机配套设施，下游则主要应用于半导体/集成电路的制造与封装。产业政策——政策助力光刻机行业发展从政策环境上来看，我国对于光刻机行业较为重视。其主要表现在对于整个IC产业链企业的政策优待以及对于半导体设备行业的相关规划与推动。其主要表现在资金方面的补助和人才方面的培养，以及进出口，投融资方面的政策扶持。在各项政策中较为突出的是《极大规模集成电路制造装备及成套工艺》项目(02专项)，其以专项的形式组织了一批国内光刻机企业进行了一系列重点工艺和技术的攻关，有效促进了我国光刻机行业的发展。技术发展——技术仍在不断进步中光刻机一般可以分为无掩模光刻机和有掩模光刻机，其具体分类如下：光刻工艺流程较多，占晶圆制造耗时的40%-50%，光刻技术也在不断的发展，自光刻机面世以来，光刻设备已经进行了四次重大的革新，光刻设备所用的光源，也从最初的g-line，i-line历经KrF、ArF发展到了如今的EUV。目前，EUV光刻机设备被ASML完全垄断，ASML的EUV光刻机市占率达到100%。竞争格局——CR3超过90%目前，全球光刻机市场的主要企业即ASML，尼康(Nikon)和佳能(Canon)三家，从光刻机销售额来看，2019年三家企业的合计市场份额就占到了全球光刻机市场的90%以上。其中ASML由于其技术领先，垄断了第五代光刻机(EUV光刻机)，独占75%的市场份额，Nikon与Canon分别占据13%和6%的市场份额。细分格局——i-line光刻机出货最多从细分市场来看，近年来，市场上销售的光刻机主要为EUV光刻机、ArF lm光刻机、ArF Dry光刻机、KrF光刻机和i-line光刻机。从2019年这五类光刻机的销量情况来看，i-line光刻机的销量最高，为116台。在这116台中，Canon公司贡献了一半以上。从企业的角度来看，Canon主要的光刻机销售都集中在i-line光刻机这一类型;Nikon的光刻机销售则纵向跨度较大，在除EUV之外的类型均有涉及，其中以Arf和i-line的领域较为突出;ASML则在除i-line光刻机之外的领域均具有较强的统治力。行业供给——销售量略有下降从行业供给来看，2014-2018年，光刻机top3企业销售量呈现波动增长的态势。2019年，光刻机销售量有所下滑，仅为354台，较2018年下降了3.8%。2020年第一季度，全球光刻机top3企业销售量实现85台。国产企业——行业正在加快研发进度长期以来，我国的光刻技术落后于先进国家，成为我国工业现代化进程的一块短板。近年来，在国家政策的扶持以及一批龙头企业的带领下，我国光刻机技术也开始了飞速的发展，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(EUVL)关键技术研究”项目也顺利完成了验收前现场测试。但我国企业在光刻机制造方面距离世界头部企业仍有一定的距离，光刻机行业研发进度仍待加快。我国光刻机相关领先企业技术进展情况如下所示：以上数据参考前瞻产业研究院《中国半导体产业战略规划和企业战略咨询报告》，同时前瞻产业研究院还提供产业大数据、产业规划、产业申报、产业园区规划、产业招商引资等解决方案。

中商情报网讯：光刻机是芯片制造中光刻环节的核心设备， 技术含量、价值含量极高。它采用类似照片冲印的技术，把掩模版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。虽然这些年我国在关于光刻机的很多领域取得进展，但是总体来说国内的光刻机技术与国外技术差距依旧有15到20年。光刻机设备是所有半导体设备中复杂度最高、精度最高、单台价格最高的设备，现代工业的集大成者。光刻机主要分为EUV光刻机、DUV光刻机。EUV是最高端的光刻机，其研发周期长达十余年，是光刻机皇冠上的明珠。从产业链来看，光刻机产业链主要包括上游设备及材料、中游光刻机生产及下游光刻机应用三大环节。光刻工艺一般包括气相成底膜、旋转涂胶、软烘、对准和曝光、曝光后烘焙、显影、坚膜烘焙、显影检查等8个步骤。资料来源：中商产业研究院整理一、光刻机产业链上游市场分析光刻机涉及系统集成、精密光学、精密运动、精密物料传输、高精度微环境控制等多项先进技术，是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备。一台光刻机省生产涉及到上游上千家供应商，比如德国的光学设备与超精密仪器，美国的计量设备与光源等。光刻机的主要部件包含测量台与曝光台、激光器、光束矫正器、能量控制器等。光刻机产业链上游是光刻机配套设备以及核心组件的供应商。其中涉及的代表企业主要如下：二、光刻机产业链中游市场分析随着光源、曝光方式不断改进，光刻机经历了5代产品发展，每次改进和创新都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。第五代光刻机主要采用的是EUV光源，波长为13.5nm，制程节点仅为7-3nm。目前行业内使用最多的是第四代浸入式光刻机，最高制程可达7nm，在7nm之后芯片厂商必须使用最顶级的EUV光刻机。光刻机按照有无掩模可分为有掩模光刻机和无掩模光刻机。这两类光刻机分别有不同的种类：无掩模光刻机分为电子束直写光刻机、激光直写光刻机、离子束直写光刻机，有掩模光刻机分为接近/接触式光刻机以及投影光刻机。数据显示，2016-2018年，全球IC制造前道光刻机全球销量整体处于上升趋势，2018年全球出货量达到374台。2019年出货量略有下降，全年为359台。数据来源：芯思想研究院、平安证券、中商产业研究院整理从竞争格局来看，目前，全球光刻机市场的主要企业即ASML，尼康(Nikon)和佳能(Canon)三家，从光刻机销售额来看，2019年三家企业的合计市场份额就占到了全球光刻机市场的90%以上。值得一提的是，荷兰ASML公司的主要产品为各级别的光刻机，2019年阿斯麦销售了229台光刻机，其中占比最大的是ArFi光刻机，且市场占比高达88%；其次是KrF光刻机，市场占比高达71%。值得注意的是，ASML公司的EUV光刻机的市场占比达到了100%，完全垄断了整个市场。尼康：光刻机领域曾经的世界第一，后被ASML所超越。目前公司主要为中高端机型，包括ArF、KrF、KrF、i-line光源。在ASML之后才推出浸入式光刻机，但是已经落后于ASML。而佳能专注于低端产品，只有i-line和Kr-F光刻机，没有浸入式光刻机，现在佳能已逐渐减少在半导体光刻机领域的投资，转向面板光刻机领域。数据来源：SEMI、中商产业研究院整理从产品结构来看，2019年，全球EUV、ArFi、ArF、KrF、i-line光刻机的出货量分别为26、93、35、103、102台。2019年ASML、尼康、佳能的光刻机出货量分别为229、46、84台，数据来源：中商产业研究院整理在国产光刻机领域中，上海微电子(SMEE)一枝独秀。其产品主要采用ArF、KrF和i-line光源，目前只能达到90nm制程，且主要用于IC的后道封装和面板领域。SMEE作为国内最领先的光刻机研发企业，有非常多的光刻工艺人才，在产业链还未成熟的国内光刻机行业中，人才优势是主要核心竞争力。作为芯片行业的上游，目前国内还未出现能制造出能满足芯片行业需求的企业，而有着众多光刻工艺人才的SMEE，自然而然就成为最有竞争优势的企业。2020年6月初，上海微电子宣布将在2021-2022年交付第一台28nm工艺的国产浸入式光刻机，国产光刻机有望从此前的90nm工艺一举突破到28nm工艺。三、光刻机产业链下游市场分析以光刻机为代表的产品主要应用于四大领域：芯片制造、芯片先进封装、LED制造、下一代显示屏制造。（一）芯片制造芯片的地位不断突出，随着5G电信技术的发展，人工智能与物联网技术的推动下，对芯片的需求量仍会保持持续增长趋势，让自己掌握芯片的核心技术也成为行业发展的不可或缺的部分，唯其如此，才能占领半导体产业发展的制高点，才能让中国半导体产业行稳致远。在政策大力推动下，芯片产业有很大的国产替代空间，整个国内芯片行业市场化发展程度也有很大的提升空间。根据官方公布的数据，国芯片自给率要在2025年达到70%，而2019年我国芯片自给率仅为30%左右，也就是说要在这6年时间里，自给率翻一倍以上。数据显示，2019年中国集成电路产业销售收入为7562.3亿元，同比增长15.80%。从产业结构来看，随着我国集成电路产业的发展，IC设计、芯片制造和封装测试三个子行业的格局正在不断变化，我国集成电路产业链结构也在不断优化。2019年芯片制造业销售收入占总值的28.40%，收入规模超过2000亿元。数据来源：CSIA、中商产业研究院整理（二）封装半导体封装测试是半导体制造的后道工序，封测主要工序是将芯片封装在独立元件中，以增加防护并提供芯片和PCB之间的互联，同时通过检测保证其电路和逻辑畅通，符合设计标准。在半导体产业链中，传统封装测试的技术壁垒相对较低，但是人力成本较为密集。封装测试产业规模的强劲发展对国内半导体产业整体规模的扩大起到了显著的带动作用，为国内芯片设计与晶圆制造业的迅速发展提供有力支撑。未来随着物联网、智能终端等新兴领域的迅猛发展，先进封装产品的市场需求明显增强。2018年封装测试产业销售收入突破2000亿元，2019年我国封装测试行业市场规模将近2500亿元。（二）LED目前小间距LED显示屏一般指LED点间距在2.5mm以下的室内LED显示屏。小间距LED显示屏在无缝拼接、画面表现、使用成本诸多方面都显示出优越性，性价比更高，对DLP和LCD的替代效应日益增强。所以，小间距LED显示屏市场有望成为未来一段时间行业持续增长的亮点。未来，小间距LED市场规模也逐渐开始扩大。中商产业研究院预测，2020年中国小间距LED市场规模将达98亿元。依赖于技术创新，LED显示技术与艺术设计的结合为行业创造了更大应用空间。由于LED异形屏外观各异，结构互不相同，因而对生产厂商的技术要求也更为严苛。目前LED异形屏模组主要有扇形、弧形、圆形和圆柱形、三角形等结构形式，未来，伴随应用案例的增加和示范效应，LED异型屏的市场需求会越来越大，将有望与现代化装饰、景观、照明等搭配组合，形成更美观的创意显示设备。光刻机上下游相关概念股汇总注：以上信息仅供参考，如有遗漏与不足，欢迎指正！更多资料请参考中商产业研究院发布的《中国光刻机产业市场前景及投资机会研究报告》，同时中商产业研究院还提供产业大数据、产业情报、产业研究报告、产业规划、园区规划、十四五规划、产业招商引资等服务。

前言：光刻机作为制造中决定制程工艺的关键节点，同时也是国内芯片设备最为薄弱的环节。国产芯片的“痛中痛”，中国何时可以摘取这颗明珠？半导体芯片产业链分为IC设计、IC制造、IC封测三大环节。光刻的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上，是IC制造的核心环节，也是整个IC制造中最复杂、最关键的工艺步骤。通过激光或电子束直接写在光掩模板上，然后用激光辐照光掩模板，晶圆上的光敏物质因感光而发生材料性质的改变，通过显影，便完成了芯片从设计版图到硅片的转移。光刻的工艺水平直接决定芯片的制程和性能水平。随着半导体产业的向前发展 ，不断追求着尺寸更小、速度更快 、性能更强的芯片。正是半导体行业对于芯片的不断追求推动了光刻机产品的不断升级与创新。根据所用光源改进和工艺创新，光刻机经历了5代产品发展，每次光源的改进都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。在技术节点的更新上，光刻机经历了两次重大变革，在历次变革中，ASML都能抢占先机，最终奠定龙头地位。目前业内最先进的是采用波长13.5nm极紫外光的第五代EUV光刻机，可实现7nm工艺制程，技术要求极高，单台价值为1.2亿欧元。现在芯片追求更快的处理速度，需要缩短晶体管内部导电沟道的长度，而光刻设备的分辨率决定了IC的最小线宽，受益于下游需求旺盛，光刻设备有望量价齐升带动市场空间不断增长。量：晶圆尺寸变大和制程缩小将使产线所需的设备数量加大，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。价：随着芯片制程的不断升级， IC前道光刻机制造日益复杂，其价格不断攀升。目前光刻机行业已经成为一个高度垄断的行业，行业壁垒较高，全球前道制造光刻机市场基本被ASML、尼康、佳能垄断，CR3高达99%。 ASML一家独占鳌头，成为唯一的一线供应商，Nikon高开低走，但凭借多年技术积累，勉强保住二线供应商地位；而Canon只能屈居三线；上海微电子装备（SMEE）作为后起之秀，暂时只能提供低端光刻设备。随着第三次全球半导体产业向中国转移，国内晶圆厂投资加速，光刻机作为新建晶圆厂的核心资本支出，市场空间进一步打开。28nm作为当前关键技术节点，工艺制程从90nm突破至28nm，对于国产替代具有重大战略意义。实现光刻机的国产替代并不是某一企业能够单独完成的，需要光刻产业链的顶尖企业相互配合。光刻产业链可拆分为两个部分，一是光刻机核心组件，包括光源、镜头、双工作台、浸没系统等关键子系统，二是光刻配套设施，包括光刻胶、光掩模版、涂胶显影设备等。上海微电子将在2021年交付的28nm光刻机正是源于以下核心企业以举国之力在各自细分领域的技术突破：上海微电子负责光刻机设计和总体集成，北京科益虹源提供光源系统，北京国望光学提供物镜系统，国科精密提供曝光光学系统，华卓精科提供双工作台，浙江启尔机电提供浸没系统。以下是《光刻机行业深度报告》部分内容：

根据芯思想研究院（ChipInsights）的数据表明，2020年全球集成电路、面板、LED用光刻机出货约580台，较2019年增加30台。其中集成电路制造用光刻机出货约410台；面板、LED用光刻机出货约170台。前三大出货情况2020年，前三大ASML、Nikon、Canon的集成电路用光刻机出货达413台，较2019年的359台增加54台，涨幅为15%。从EUV、ArFi、ArF三个高端机型的出货来看，2020年共出货143台，较2019年的154台下滑7%。其中ASML出货121台，占有85%的市场，较2019年增加1个百分点；Nikon出货22台，占有15%的市场，较2019年减少1个百分点。EUV方面还是ASML独占鳌头，市占率100%；ArFi方面ASML市占率高达86%，较2019年减少2个百分点；ArF方面ASML占有67%的市场份额，较2019年增加4个百分点；KrF方面ASML也是占据71%的市场份额，较2019年增加8个百分点；在i线方面ASML也有27%的市场份额。从总营收来看，2020年前三大ASML、Nikon、Canon的光刻机总营收达988亿元人民币，较2019年小幅增长4.6%。从营收占比来看，ASML占据79%的份额，较2019年增加5个百分点。ASML在2020年各型号光刻机出货数量增长13%，且高端机台EUV的出货量增加了5台，也使得总体营收增长超过10%。ASML2020年ASML光刻机营收约780亿元人民币，较2019年成长10.8%。2020年ASML共出货258台光刻机，较2019年229年增加29台，增长13%。其中EUV光刻机出货31台，较2019年增加5台；ArFi光刻机出货68台，较2019年减少14台；ArF光刻机出货22台，和2018年持平；KrF光刻机出货103台，较2019年增加38台；i-line光刻机出货34台，和2019年持平。2020年ASML的EUV光刻机营收达350亿元人民币，占光刻机整体收入的45%，较2019年增加133亿元人民币。2020年单台EUV平均售价超过11亿元人民币，较2019年单台平均售价增长35%。从2011年出售第一台EUV机台以来，截止2020年第四季出货超过100台，达101台。且EUV机台单价越来越高，据悉，2020年第四季度获得的6台总额达86亿人民币，单台价格超过14亿人民币。2020年来自中国的光刻机收入占比18%，超过140亿人民币，表明中国内地各大FAB至少共搬入30台以上光刻机。Nikon2020年度，Nikon光刻机业务营收约120亿元人民币，较2019年下滑23%。2020年度，Nikon集成电路用光刻机出货33台，较2019年减少13台。其中ArFi光刻机出货11台，和2019年度持平；ArF光刻机出货11台，较2019年度减少2台；KrF光刻机出货2台，较2017年度减少2台；i-line光刻机出货9台，较2019年度减少9台。2020年度，Nikon全新机台出货26台，翻新机台出货7台。2020年，Nikon面板（FPD）用光刻机出货20台，较2019年下跌50%。但面板用光刻机主要是10.5代线用光刻机出货，共出货13台。Canon2020年，Canon光刻机营收约为88亿元人民币，较2019年下降约7%。2020年，Canon半导体用全部是i-line、KrF两个低端机台出货，光刻机出货量达122台，较2019年出货增加38台，增幅32%，其中i-line机台是出货的主力，得益于化合物半导体和板级封装的发展。2020年7月，Canon针对板级封装推出i线步进式光刻机FPA-8000iW，可对应尺寸最大到515×510mm大型方形基板的能力。据悉佳能自主研发的投影光学系统可实现52×68mm的大视场曝光，达到了板级基板封装光刻机中高标准的1.0微米解像力，将极大推动追求高速处理的AI芯片、HPCR的封装。佳能还将在2021年3月出货新式i线步进式光刻机“FPA-3030i5a”，可以对硅基以及SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）等化合物半导体晶圆，从而实现多种半导体器件的生产制造。。2020年2月正式出货FPA-3030iWa型光刻机，采用的投影透镜具有52毫米x52毫米的广角，NA可从0.16到0.24范围内可调。新设备可以在2英寸到8英寸之间自由选择晶圆尺寸的处理系统，方便支持各种化合物半导体晶圆，可运用在未来需求增长的汽车功率器件、5G相关的通信器件、IoT相关器件（如MEMS和传感器等）的制造工艺中。2020年，Canon面板（FPD）用光刻机出货32台，较2019年出货量减少18台，下滑36%。其他公司出货上海微电子SMEE上海微电子装备（集团）股份有限公司光刻机主要用于广泛应用于集成电路前道、先进封装、FPD、MEMS、LED、功率器件等制造领域，2020年出货预估在60+台，较2019年增加约10台，主要集中在先进封装、LED方面，在FPD领域也有出货。不错，我国正在协力攻关193nm DUV光刻机和浸没式光刻机，在先进没光刻机方面进展还是相当快。至于网上流传的上海微电子将在2021年交付28纳米光刻机一事，芯思想研究院认为不要很乐观，但也不要悲观。能成功交付当然是好事，不能按时交付媒体也不要去喷。SUSS德国SUSS光刻机主要用于半导体集成电路先进封装、MEMS、LED，2020年光刻机收入约7.8亿元人民币，较2019年成长10%。VEECO2020年公司来自先进封装、MEMS和LED用光刻机的营收约为4亿元人民币，较2019年成长30%。预估销售台数在30台以内。EVG公司的光刻设备主要应用于先进封装、面板等行业，当然公司也出售对准仪等。ASML EUV进展从2018年以来，ASML一直在加速EUV技术导入量产；二是实验以0.55 NA取代目前的0.33 NA，具有更高NA的EUV微影系统能将EUV光源投射到较大角度的晶圆，从而提高分辨率，并且实现更小的特征尺寸。2020年10月，ASML公布新一代TWINSCAN NXE: 3600D的参数和规格。NXE: 3600D套刻精度提升至1.1nm，曝光速度30 mJ/cm2，每小时曝光160片晶圆。而NXE: 3400C的套刻精度为1.5nm，曝光速度20mJ/cm2，每小时可曝光170片晶圆；更早的NXE: 3400B的套刻精度为2nm、曝光速度20mJ/cm2，每小时可曝光125片晶圆。不过NXE: 3600D最快也要到2021年第二季发货。从2011年出售第一台EUV机台以来，截止2020年第四季出货101台。且EUV机台单价越来越高，据悉，2020年第四季度获得的6台总额达86亿人民币，单台价格超过14亿人民币。预估2022年将推出0.55 NA的新机型EXE:5000样机，可用于1纳米生产，按照之前的情况推测，真正量产机型出货可能要等到2024年。当然0.55 NA镜头的研发进度也会影响新机型的出货时间。2020年ASML全年出货31台EUV光刻机，没有达到预期的35台，也许和2020年的新冠疫情有关。Canon NIL发展针对 7纳米米以下节点，ASML的重点是EUV，同时也向客户出售ArF浸没系统，ArF浸没系统可与多种曝光工艺配合使用，将DUV光刻技术扩展到7纳米以下；而Nikon只推ArF浸没系统。Canon押注纳米压印（Nanoimprint Lithography，NIL），该技术来源于佳能2014年收购的Molecular Imprints。最新的纳米压印（NIL）的参数指标不错，套刻精度为2.4nm/3.2nm，每小时可曝光超过100片晶圆。据悉，纳米压印（NIL）已经达到3D NAND的要求，日本3D NAND大厂铠侠（Kioxia，原东芝存储部门）已经开始96层3D NAND中使用此技术。在3D NAND之外 也可以满足1Anm DRAM的生产需求。（文章来源于芯思想 ，作者赵元闯，仅供行业人士学习）

日前，芯思想研究院公布了2020年光刻机市场分析报告。报告指出，2020年全球集成电路、面板、LED光刻机出货总量约为580台，相比前年增加了30台左右。其中，集成电路用途的光刻机依旧是市场上最受欢迎的设备，出货涨幅高达15%。而荷兰的ASML、日本尼康和佳能，则是全球集成电路用途光刻机出货量排在前三的厂商，事实上，三家企业基本垄断了整个集成电路用途的光刻机市场。除了上述三家企业外，市场上虽然不也有其他光刻机制造商，但光刻机制造水准以及产量都远远低于上述三家企业。像是中国就有一家能够生产集成芯片用途光刻机的企业——上海微电子。但目前公司只对外销生产90nm芯片的光刻机，而荷兰ASML公司所生产的EUV光刻机精度已经到达3nm。就技术而言，上海微电子落后世界最高水准近20年。不过，上海微电子公司虽然光刻机生产技术落后，但在国内光刻机领域的地位并不低。最近几年，国家大力发展芯片产业，不少公司都实现了技术突破，上海微电子便是其中之一。虽然当前上海微电子所生产的光刻机与头部厂商产品相比，质量存在明显差距，但可以看到的是，上海微电子一直在精进技术，与头部企业的技术差距也在呈现缩小趋势。而且，上海微电子所生产的光刻机足以满足大多数国内企业芯片制造需求。事实上，很多工业芯片以及硬件设备芯片对制造工艺都没有太高的要求，上海微电子所生产的光刻机虽然质量并不高，但却占据着超过80%的国内市场份额。据悉，上海微电子2020年预计可卖出60台光刻机，而且，上海微电子不仅仅只销售集成电路用途光刻机，LED用途光刻机、面板用途光刻机其实都有所涉及。公司虽然成立至今不足20年时间，但专利总数却有3200件，可以看出，上海微电子本身对技术研发还是颇为重视。随着国产替代东风越刮越盛，上海微电子的光刻机设备在中国市场势必会越来越受欢迎。而在市场规模不断扩大，上海微电子技术不断升级的情况下，上海微电子甚至有可能获在技术上追平日本企业，成为全球主流光刻机制造商。文/JING 审核/子扬 校对/知秋

如需报告请登录【未来智库】。1、 提要：光刻工艺是晶圆制造最核心环节，光刻产业链协同发展成为光刻机突破关键因子1.1 光刻定义晶体管尺寸，光刻工艺合计占芯片成本近 30% 2019 年全球半导体市场规模达 4090 亿美元，成为数码产业的基石。第二次工业革命就是数码产业的革命，据麦肯锡预测，2020 年全球数码产业将占全球企业总产值的 41%，而半导体则成为数码产业的基石。根据 WSTS 统计，2019 年全球半导体市场份额达 4090 亿美元，其中集成电路占比达 81%，集成电路中的逻辑 IC 和存储器是推动摩尔定律发展的主要力量，两者合计占半导体整体市场规模的 52%，市场规模达 2127 亿美元。半导体产业链分为设计、制造、封测三大环节，设备成为半导体产业支柱。芯片设计主要根据芯片的设计目的进行逻辑设计和规则制定，并根据设计图制作掩模以供后续光刻步骤使用。芯片制造实现芯片电路图从掩模上转移至硅片上，并实现预定的芯片功能，包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械研磨等步骤。芯片封测完成对芯片的封装和性能、功能测试，是产品交付前的最后工序。半导体设备贯穿设计、制造、封测三大流程，成为半导体产业的支柱。据 Semi 统计，2019 年全球半导体设备市场达 597.4 亿美元，设备投资占晶圆厂整体资本支出的 70%-80%，其中用于芯片制造的设备占半导体设备总支出的 81%。14nm 及以下先进制程应用广泛且不断进步，光刻、刻蚀、沉积设备成为投资重点。晶体管线宽在 28nm 以内的称为先进制程，目前台积电、三星两家晶圆厂最先进工艺可将制程推进到 5nm 级别，其中台积电为全球最大晶圆代工厂，全球代工市占率达 50.5%，2019 年台积电 28nm 以内制程收入占比达 67%，其中 16nm（与三星、中芯国际 14nm 处于同一竞争序列）及以内制程收入贡献达 50%。受益于高压驱动、图像传感器、射频等应用的需求增加，根据 IHS Markit 统计，28 纳米制程的集成电路晶圆代工市场将保持稳定增长，预计 2024年全球 市场规模将达到 98 亿美元。14 纳米及以下更先进制程的集成电路晶圆代工市场将保持快速增长，预计 2024 年全球市场规模将达 386 亿美元，2018 年至 2024 年的复合增长率将达 19%。光刻、刻蚀、薄膜沉积设备三大设备成为推动 28nm 及以下先进工艺发展的主要力量，分别占半导体晶圆处理设备的 23%、24%、18%。 光刻定义了晶体管尺寸，是集成电路生产中的最核心工艺，占晶圆制造耗时的 40%-50%。 光刻工艺是 IC 制造中最关键、最复杂和占用时间比最大的步骤，光刻的原理是在硅片表面覆盖一层具有高度光敏感性光刻胶，再用光线（一般是紫外光、深紫外光、极紫外光）透过掩模照射在硅片表面，被光线照射到的光刻胶会发生化学反应。此后用特定显影液洗去被照射/未被照射的光刻胶，就实现了电路图从掩模到硅片的转移。一般的光刻工艺要经历气相成底膜、旋转涂胶、软烘、对准与曝光、曝光后烘培、显影、坚膜烘培、显影检查等工序，光刻工艺占晶圆制造耗时的 40%-50%，光刻机约占晶圆制造设备投资额的 23%，考虑到光刻工艺步骤中的光刻胶、光刻气体、光罩（光掩膜版）、涂胶显影设备等诸多配套设施和材料投资，整个光刻工艺占芯片成本的 30%左右。1.2 区别于其他晶圆制造设备，光刻机独有自身产业链概念 区别于晶圆制造其他工艺，光刻机组件及配套设施复杂，形成自身产业链概念。光刻机的制造研发并不是某一个企业能够单独完成的，光刻作为晶圆制造过程中最复杂、最重要的步骤，主要体现在光刻产业链高端复杂，需要很多顶尖的企业相互配合才可以完成。光刻产业链主要体现在两点上，一是作为光刻核心设备的光刻机组件复杂，包括光源、镜头、激光器、工作台等组件技术往往只被全球少数几家公司掌握，二是作为与光刻机配套的光刻胶、光刻气体、光罩（光掩膜版）等半导体材料和涂胶显影设备等同样拥有较高的科技含量。随着制程精度提升，光刻机复杂程度提高，贯通光刻产业链成为 ASML 垄断光刻市场的关键。摩尔定律的进步伴随着工艺与设备的双重突破，光刻设备作为推动摩尔定律的核心设备，截止目前光刻机已经历经五代发展，随着制程精度提升，自身复杂程度也在不断提高，以 ASML 的 EUV 光刻机为例，7nm 的 EUV 光刻机内部共有 10 万个零件，重达 180 吨，包含硅片输运分系统、硅片平台分系统、掩膜版输运分系统、系统测量与校正分系统、成像分系统、光源分系统等 13 个系统，90%的关键设备来自外国而非荷兰本国，ASML 作为整机公司，实质上只负责光刻机设计与集成各模块，需要全而精的上游产业链作坚实支撑。透视ASML 的 5000 多个供应商，其中与产品相关的供应商提供直接用于生产光刻系统的材料、设备、零部件和工具，这个类别包括 790 家供应商，占 ASML 总开支的 66%。日、美配套光刻胶、光刻气体等材料和设备紧紧追随 ASML 产品迭代。由于 ASML 统治全球高端光刻市场，众多配套设备材料和设备厂商纷纷追随 ASML 产品的技术工艺。配套光刻气体方面，美国空气化工产品（APD）、英国林德集团均有相应布局，日本合成橡胶(JSR)、东京应化、信越化学和富士胶片等日本企业则统治了光刻胶市场，仅有美国杜邦公司有一定竞争力，其中东京应化已实现极紫外光刻胶量产，日本合成橡胶紫外光刻胶即将量产。配套设备方面，光刻工序中的涂胶显影设备主要被日本东京电子、DNS、德国苏斯微和台湾亿力鑫 ELS 占据。ASML 技术服务基地落户无锡，进一步完善自身在中国市场的产业链覆盖。据 WSTS和日本半导体设备制造装置协会统计，2019 年中国大陆半导体销售额达 1432.4 亿美元，占全球半导体市场的 34.7%，位列全球第一；中国大陆半导体设备销售规模达 134.5 亿美元，占全球的 22.5%，仅次于中国台湾，全球半导体产业转移正在加速向大陆转移，也使 ASML加快了在中国的业务布局。2020 年 5 月 14 日，半导体制造设备厂商阿斯麦（ASML）与无锡高新区举行了“阿斯麦光刻设备技术服务（无锡）基地签约仪式”，光刻设备技术服务（无锡）基地涵盖两大业务板块：面积约 2000 余平米，拥有近 200 人规模专业团队的技术中心，从事光刻设备的维护、升级等技术服务；以及面积约 2000 余平米的供应链服务中心，为客户提供高效的供应链服务，为设备安装，升级及生产运营等所需的物料提供更高水准的物流支持。无锡作为国内继上海之后第二个集成电路产值破千亿的城市，集聚了华虹、SK 海力士、长电科技、中环领先、卓胜微等半导体企业。在进一步完善中国区市场的产业链供应后，ASML 已经形成全球最全也是最强大的光刻机供应链体系。2、 复盘：ASML 如何通过光刻产业链垄断全球光刻机市场浸没式技术与 EUV 光刻产业链构建成为 ASML 发展的两大里程碑事件。上世纪 50 年代末，仙童半导体发明掩膜版曝光刻蚀技术，拉开了现代光刻机发展的大幕，在 ASML 成立之前，光刻机光源还是以高压汞灯光源（g-line/i-line）为主，ArF、KrF 等准分子激光光源概念刚刚被提出，光刻机工艺技术从接触式、接近式发展到步进投影式。目前 ASML 在浸没式DUV 光刻机市占率达 97%，EUV 光刻机市占率 100%，按营收计算为全球第二大半导体设备公司。复盘 ASML 过往 36 年发展历程，面对美、日等竞争对手，ASML 主要通过两个关键节点成为全球霸主，分别为浸没式系统的使用和 EUV 产业链的构建。根据这两个节点，可将 ASML 的发展分为三个过程:1）1984 年成立到 20 世纪末：凭借 PAS5500 系列在 i-line、干法准分子光源光刻领域占有一席之地；2）21 世纪初的 10 年：依靠浸没式光刻技术弯道超车，一举击溃尼康，成为全球光刻机头号厂商；1）1984 年成立到 20 世纪末：凭借 PAS5500 系列在 i-line、干法准分子光源光刻领域占有一席之地； 2）21 世纪初的 10 年：依靠浸没式光刻技术弯道超车，一举击溃尼康，成为全球光刻机头号厂商； 3）2010 年以后，打通 EUV 产业链，推出 EUV 光刻机，成为高端光刻市场绝对垄断玩家。 2.1 ASML 成立之前：光刻机即将进入准分子激光时代，美国三雄称霸光刻市场 i-line 与步进投影为光刻主流技术。1960 年代，位于加州硅谷的仙童半导体发明了至今仍在使用的掩膜版光刻技术。70 年代初，Kasper 仪器公司发明接触式对齐机台，但随后接近式光刻机台逐渐淘汰接触式机台。1973 年，拿到美国军方投资的 Perkin Elmer 公司推出了投影式光刻系统，搭配正性光刻胶非常好用而且良率颇高，因此迅速占领了市场。1978年，GCA 推出真正现代意义的自动化步进式光刻机(Stepper) GCA8500，分辨率比投影式高5 倍达到 1 微米。1980 年尼康发售了自己首台商用 Stepper NSR-1010G（1.0um），拥有更先进的光学系统（光源还是 i-line）极大提高了产能。与 GCA 的 stepper 一起统治主流市场。1982 年，IBM 的 Kanti Jain 开创性的提出准分子激光光刻（光源为 KrF 和 ArF）。美国三雄统治 1980 年之前的光刻机市场，日本佳能、尼康抓住产业转移机会接棒。美国作为半导体技术的诞生地，自然汇集了光刻机产业早期的垄断霸主，1980 年代前的全球光刻机市场主要被三家美国光刻机厂商 GCA、Ultratech 和 P&E 垄断。1980 年代末全球半导体市场遭遇危机，日本的尼康和佳能抓住同时期日本半导体产业大发展的机遇，取代三家美国光刻机厂商成为国际光刻机市场的主导者。尤其是尼康，从 80 年代后期开始市场占有率便超过 50%，一直到 ASML 崛起为止；佳能则凭借对准器的优势也占领了一席之地。而三家美国光刻机厂商 GCA、Ultratech 和 P&E 则均因为严重的财务问题而被收购或被迫转型。2.2 1984-2000：PAS5500 帮助公司立足全球光刻市场 ASML 成立于 1984 年，脱胎于飞利浦实验室。ASML 成立于 1984 年，由菲利普和覆盖沉积、离子注入、封装设备的 ASMI 合资创办，主营业务来源于菲利普原本计划关停的光刻设备业务。在 ASML 成立的 1984 年，尼康和 GCA 分别占国际光刻机市场三成，Ultratech占约一成，Eaton、P&E、佳能、日立等均不到 5%。1988 年，ASML 跟随飞利浦在台湾的合资流片工厂台积电开拓了亚洲业务，彼时，刚刚成立不久的台积电为 ASML 送来急需的17 台光刻机订单，使得 ASML 的国际化拓展初见成功。尽管如此，在异常激烈的市场竞争下，初创期的 ASML 还不能完全自立，产品没有明显技术优势，客户数量屈指可数。在 1980年代末的半导体市场危机中，由于投资巨大且短期内难以看到回报，ASML 的两大股东 ASMI和飞利浦均有退出投资的倾向，但最后 ASMI 将股权出售给飞利浦公司，后者则继续支持ASML 的光刻设备业务。凭借 PAS5500 系列获得突破，开拓新兴市场，与日本厂商差距缩小。1991 年，ASML推出 PAS5500 系列光刻机，这一设计超前的 8 英寸光刻机具有业界领先的生产效率和精度，成为扭转时局的重要产品。PAS5500 为 ASML 带来台积电、三星和现代等关键客户，通过对 PAS5500，大多数客户建立起对 ASML 产品的深厚信任，并决定几乎全部改用 ASML 的光刻设备，到 1994 年，公司市占率已经提升至 18%。1995 年 ASML 分别在阿姆斯特丹及纽约上市。ASML 利用 IPO 资金进一步扩大研发与生产规模，其中扩建了位于荷兰埃因霍温的厂房，现已成为公司新总部。市场策略方面，尼康与佳能正携上位之余威，加速占领美国市场。而 ASML 则避其锋芒，将重点放在新兴市场，在欧洲、中国台湾、韩国等地区攻城略地。由于 ASML 多方面主动出击，公司获得了极大的发展。1999 年公司营收首次突破 10亿欧元，达到 12 亿欧元；而 2000 年时营收更是翻了两倍以上，达到 27 亿欧元。2.3 2001-2010：双工作台技术提升效率，先发浸没式系统打败尼康、佳能 Twinscan 双工件台系统将生产效率提升 35%，精度提升 10%。在 2000 年前的光刻设备只有一个工作台，晶圆片的对准与蚀刻流程都在上面完成。ASML 公司在 2001 年推出的Twinscan 双工件台系统，在对一块晶圆曝光的同时测量对准另外一块晶圆，从而大大提升了系统的生产效率和精确率，并在第一时间得到结果反馈，生产效率提高大约 35%，精度提高 10%以上。双工件台对转移速度和精度有非常高的要求，ASML 独家开发出磁悬浮工件台系统，使得系统能克服摩擦系数和阻尼系数，其加工速度和精度明显超越机械式和气浮式工件台。双工件台技术几乎应用于 ASML 所有系列的光刻机，成为 ASML 垄断的隐形技术优势。浸没式系统打破光源波长瓶颈。光刻设备中最初采用的干式微影技术沿用到上世纪 90年代（镜头、光源等一直在改进），然后遇到瓶颈：始终无法将光刻光源的 193nm 波长缩短到 157nm。为缩短光波长度，全球半导体产业精英及专家，提出了多种方案，其中包括 157nmF2 激光、电子束投射(EPL)、离子投射(IPL)、EUV(13.5nm)和 X 光。但这些方案要么需要增大投资成本，要么以当时的技术难以实现（比如极紫外（EUV）光刻）。各大厂家都只能对干法系统进行微小升级，且均无法在市场中占据完全主导地位。2002 年，时任台积电研发副总、世界微影技术权威林本坚博士提出了一个简单解决办法：放弃突破 157nm，退回到技术成熟的 193nm，把透镜和硅片之间的介质从空气换成水，由于水对 193nm 光的折射率高达 1.44，那么波长可缩短为 193/1.44=134nm，大大超过攻而不克的 157nm。ASML 率先突破浸没式系统，自此引领全球光刻市场。由于尼康已经在 157nm F2激光和电子束投射(EPL)上付出了巨大的沉没成本，因此没有采纳这一捷径。而 ASML 抓住机会，决定与台积电合作，在 2003 年开发出了首台样机 TWINSCAN AT:1150i，成功将 90nm 制程提升到 65nm。同期尼康宣布采用干式微影技术的 157nm 产品和电子束投射（EPL）产品样机研制成功。但阿斯麦的产品相对于尼康的全新研发，属于改进型成熟产品，半导体芯片厂应用成本低，设备厂商只需对现有设备做较小的改造，就能将蚀刻精度提升 1-2 代，而且缩短光波比尼康的效果还好（多缩短 25nm）。因此，几乎没有厂商愿意选择尼康的产品，尼康溃败由此开始。在后期，尼康也选择调转方向研发浸没式光刻系统，并推出 NSR-S622D、NSR-S631E、NSR-S635E 等产品，但半导体产业更新换代迅速，而新产品总是需要至少1-3 年时间由前后道多家厂商通力磨合。ASML 在浸没式系统上的领先比尼康多了时间去改善问题和提高良率。导致尼康产品可靠性始终落后于 ASML，也是从此刻，代表日本高端光刻机的尼康逐渐败给了日后的高端光刻龙头 ASML。利用浸没式系统持稳固竞争优势。2006 年，ASML 首台量产的浸入式光刻机 TWINSCANXT:1700i 发布，该光刻机比之前最先进的干法光刻机分辨率提高了 30%，可以用于 45nm 量产。2007 年，阿斯麦配合台积电的技术方向，发布首个采用 193nm 光源的浸没式光刻系统TWINSCAN XT:1900i，由此一举垄断市场。得益于浸没式光刻，ASML 光刻机销量占全球销量比例从 2001 年的 25.0%上升 2010 年的 68.9%。ASML 和台积电的合作也更为紧密。反过来，选择 ASML 产品的台积电、三星、英特尔也在之后不断突破制程束缚，成为世界半导体制造豪强。随着工艺进步，浸没式光刻的诸多缺点也被 ASML 一一解决，缺陷率和产能都有较好改善，目前仍未主流的光刻机型之一。积极改进浸没式系统，推进制程极限至 7/5nm。到了 2010 年后，制程工艺尺寸进化到22nm，已经超越浸没式 DUV 的蚀刻精度。在 EUV 技术取得应用突破之前，包括 ASML 在内的相关企业也在积极改进浸没式光刻系统。从设备、工艺和器件方面多管齐下，开发出高NA 镜头、多光罩、FinFET、两次曝光、Pitch-split、波段灵敏光刻胶等技术。目前，对于ASNL 最先进的浸没式光刻机 Twinscan NXT: 2000i，在各种先进工艺与材料的配合下，制程极限已达 7/5nm。这使得浸没式光刻系统在 EUV 面世前得以继续延续摩尔定律，并促进ASML 进一步拉开与尼康、佳能的差距。中国首台 Twinscan NXT: 2000i 已于 2018 年 12月正式搬入 SK 海力士位于无锡的工厂。2.4 2010-至今：打通 EUV 光刻产业链，成为全球 EUV 光刻机独家供应商 13.5nm 引领下一代光源，新技术面临巨大挑战。下一代 EUV 光刻系统采用波长为13.5nm的极紫外光作为曝光光源，是之前193nm的1/14。该光源被称为激光等离子体光源，是通过用高功率二氧化碳激光器激发锡（Sn）金属液滴，通过高价 Sn 离子能级间的跃迁获得 13.5nm 波长的辐射。除上文所述问题外，该光源的稳定性和聚光元件的保护也是巨大的挑战，因为用于激发的激光器本身存在抖动，激光与等离子体作用时产生的污染将会对光源聚光元件造成影响和破坏。EUV 光源的技术基本只掌握在美国 Cymer 公司手中。EUV 光刻机——顶级科学与顶级制造的结合。EUV 波长只有 13.5nm，穿透物体时散射吸收强度较大，这使得光刻机的光源功率要求极高，此外机器内部需是真空环境，避免空气对 EUV 的吸收，透镜和反射镜系统也极致精密，配套的抗蚀剂和防护膜的良品率也需要更先进技术去提升，一台 EUV 光刻机重达 180 吨，超过 10 万个零件，需要 40 个集装箱运输，安装调试都要超过一年时间。总之，EUV 光刻机几乎逼近物理学、材料学以及精密制造的极限。所以 EUV 不仅是顶级科学的研究，也是顶级精密制造的学问。2010 年首发 EUV 光刻机，目前成为全球唯一一家 EUV 光刻机供应商。2010 年，ASML首次发售概念性的 EUV 光刻系统 NXW:3100，从而开启光刻系统的新时代。2013 年，ASML发售第二代 EUV 系统 NXE:3300B，但是精度与效率不具备 10nm 以下制程的生产效益；2015年又推出第三代 EUV 系统 NXE:3350。2016 年，第一批面向制造的 EUV 系统 NXE:3400B开始批量发售，NXE:3400B 的光学与机电系统的技术有所突破，极紫外光源的波长缩短至13nm，每小时处理晶圆 125 片，或每天可 1500 片；连续 4 周的平均生产良率可达 80%，兼具高生产率与高精度。2019 年推出的 NXE:3400C 更是将产能提高到每小时处理晶圆 175片。目前，ASML 在售的 EUV 光刻机包括 NXE:3300B 和 NXE:3400C 两种机型。EUV 成功来源于 ASML 光刻机上游产业链的贯通。在 EUV 光刻机超过 10 万个零件之中，来自硅谷光科集团的微激光系统、德国蔡司的镜头和 Cymer 的 EUV 光源是最重要的三环。1997 年英特尔牵头创办了 EUV LLC 联盟，随后 ASML 作为惟一的光刻设备生产商加入联盟，共享研究成果；2000 年，ASML 收购了美国光刻机巨头 SVGL(硅谷光刻集团)； 2012年 ASML 收购 EUV 光源提供商 Cymer，此前 Cymer 就和 ASML 合作已久；2016 年 ASML公司取得光学镜片龙头德国蔡司 24.9%的股份，以加快推进更大数值孔径（NA）的 EUV 光学系统。这些收购使得 ASML 几乎参与了整个 EUV 光刻上游产业链。但收购美国企业的过程使 ASML 必须同意在美国建立一所工厂和一个研发中心，以此满足所有美国本土的产能需求，另外，还需要保证 55%的零部件均从美国供应商处采购，并接受定期审查，这也为日后 ASML 向中国出口光刻机受到美国管制埋下伏笔。EUV 设备在下游市场供不应求。由于上游零部件供应不足（如蔡司的镜头），ASML 的EUV 光刻机产量一直不高，而下游市场对 7nm 制程的需求却十分旺盛。2011 年英特尔、三星和台积电共同收购 ASML 23%的股权，帮助 ASML 提升研发预算，同时也享受 EUV 光刻机的优先供应权。近年来，ASML 已经出货的 EUV 光刻机主要优先供应给台积电、三星、英特尔等有紧密合作关系的下游厂商。目前所有中国企业中，只有中芯国际向 ASML 订购了一台 EUV 光刻机，原计划于 2019 年交付，但由于 2018 年底 ASML 的元件供应商 Prodrive工厂的部分库存、生产线被火灾摧毁，再加上 2020 年疫情原因，直到现在 ASML 的 EUV设备还未向中芯国际交付。目前预计这批设备最快在 2020 年底前完成装机。ASML 光刻机已经覆盖 EUV 销量、价格节节攀升。自 2010 年第一台 EUV 光刻机面世起，ASML 的 EUV 光刻机出货量呈增长趋势，尤其是 2017 年开始大幅增加产能，到 2019年已经实现年出货量 26 台。而如上文所述，EUV 十分复杂的结构与系统使得其单价也逐年攀升，2019 年 ASMLEUV 光刻机小猴 26 台，占光刻机销售量的 11.4%，销售金额达 30 亿欧元，占光刻机销售金额的 33.6%。EUV 光刻机单价更是达到了惊人的 1.15 亿欧元/台，约合 1.3 亿美元，9.2 亿人民币，是浸没式光刻机价格的两倍。3、 探寻：02 专项加码关键技术突破，本土光刻产业链构建正当时《瓦森纳协定》管制国内光刻机及原件进口，02 专项打造本土化光刻产业链。上海微电子是国内高端晶圆制造光刻机希望，其产品最先进制程已达 90nm，产品在 OLED、LED和后道封装市场有较高市占率。由于《瓦森纳协定》的限制，上海微电子很难从国外进口用于生产高端光刻机的部件，因此只能依靠国内相关企业的研发进展。为强化国内半导体产业链自主研发能力，国务院于“十二五”规划期间推出“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”重大专项，简称“02 专项”，旨在突破集成电路制造装备、材料、工艺、封测等核心技术，形成完整的产业链，具备国际竞争力。上海微电子的 90nm 制程光刻机正是通过承担“02专项”的“90nm 光刻机样机研制”项目，于 2018 年 3 月面世。在“02 专项”的大力支持下，已经有一些国内企业在光刻产业链的部分领域达到或接近国际先进水平，可能成为上海微电子下一代浸没式光刻机的潜在供应商。3.1 光刻机组件：“02 专项”强化国产物镜、光源、浸没式系统等高端光刻组件（略）3.1.1 国科精密：承担光刻机“心脏”建设，浸没式曝光系统已通过“02 专项”验收3.1.2 科益虹源：预计 2020 年协助整机单位完成 28nm 浸没式3.1.3 启尔机电：全球第三家拥有光刻机浸没式系统研发能力公司3.1.4 华卓精科：双工作台技术打破 ASML 垄断3.1.5 福晶科技：全球非线性光学晶体龙头，已具备向 ASML 供货能力3.2 配套光刻胶：ArFi、EUV 光刻胶初见锋芒，南大光电领衔国内公司加速国产替代 国内企业在 LED、面板光刻胶领域已有一定竞争力。据新材料在线报告统计，国内企业在 LED 光刻胶领域国产率已达 100%，在 LCD 光刻胶的领域，国外厂商仍然占有主导地位，但随着国内厂商的技术进步与中国面板行业本身的发展，这一状况正在得到改观。雅克科技、晶瑞股份、容大感光、飞凯材料等公司已在 CF 彩色光刻胶、LCD 光刻胶领域实现突破。高端光刻胶——与光刻机一起决定制程极限。高端光刻胶包括 KrF、ArF 光刻胶与 EUV光刻胶，分别搭配 KrF、ArF、EUV 光刻机使用。高端光刻胶的性能与光刻机一起决定了制程极限，因此光刻机的发展必须考虑光刻胶的协同推进。目前全球高端光刻胶市场基本被日本合成橡胶、东京日化、杜邦、信越化工等国际厂商垄断，日本合成橡胶（JSR）与比利时微电子研究中心（IMEC）的合资企业以及东京应化已经有能力供应面向 10nm 以下半导体制程的 EUV 极紫外光刻胶，主要面向 45nm 以下制程工艺的浸没法 ArF 光刻胶在国际上已经成主流。由于 EUV 光刻机还未进入国内晶圆厂，我国目前还没有 EUV 光刻胶需求，而KrF、ArF 光刻胶几乎全部依赖进口，国内仅有南大光电、北京科华依托 02 专项的支持实现突破。3.2.1 南大光电：国内高端光刻胶稀缺标的，ArF 光刻胶研发领跑国内3.2.2 晶瑞股份：覆盖四大泛半导体领域，KrF 光刻胶完成中试晶瑞股份：下游覆盖四大泛半导体行业。3.2.3 雅克科技：并购切入面板光刻胶及辅材领域，大基金注资 5.5亿元3.2.4 容大感光：建设千吨级 IC 用光刻胶产线3.2.5 上海新阳：购置 ASML 光刻机，i-line、KrF、ArF 光刻胶多管齐下3.2.6 北京科华：EUV 光刻胶已通过 02 专项验收3.3 配套光刻气：决定分辨率范围，华特气体、凯美特气完善国内光刻气链条 光刻气——决定分辨率范围的混配气体，国内进口受到制约。光刻气是光刻机产生深紫外激光的气体，在腔体内受高压激发后，由于电子跃迁，产生了一定波长的光，不同的光刻气和电压可产生不同波长的光，经过聚合、滤波处理后便形成光刻机的光源，这直接决定了光刻机的分辨率范围。光刻气也是诸如科益虹源一类准分子激光器公司的研发基础。光刻气一般是混配气体，对配比精度与纯度的极高要求直接导致了光刻气的技术难度升高。目前光刻气市场被林德集团、液化空气集团、普莱克斯集团等国际供应商主导，国内进口受到制约，急需发展国产替代品。在本土厂商中，华特气体光刻气已通过 ASML 认证，凯美特气的激光器保护气体国内领先。3.3.1 华特气体：全球第四家获得 ASML 光刻气认证公司3.3.2 凯美特气：布局稀有气体，完善国内光刻激光器保护气体链条3.4 配套光罩：光罩占半导体材料市场份额 13%，高世代光罩实现突破3.4.1 菲利华：G8 代大尺寸石英基板打破国外公司技术垄断3.4.2 清溢光电：国内光罩领域龙头，客户资源丰富3.5 配套设备：涂胶显影设备为光刻必要环节，检测设备成为提升良率关键3.5.1 芯源微：国内涂胶显影设备龙头，打破 TEL 国内垄断3.5.2 精测电子：半导体前、后道检测布局双管齐下，半导体订单密集落地3.5.3 睿励科学：膜厚设备进入三星、长江存储和上海华力3.5.4 赛腾股份：收购 Optima 切入半导体前道检测赛道4、 希冀：本土光刻产业链协同发展，上海微电子下一代光刻机突破在即4.1 晶圆前道光刻机制程达 90nm，封装、LED、面板光刻机市占率较高 国内光刻机最前沿公司，制程达 90nm，产品覆盖 IC、面板、LED/MEMS/Power。上海微电子装备(集团)股份有限公司(SMEE)成立于 2002 年，主要致力于半导体装备开发、设计、制造、销售及技术服务。公司设备包括光刻机、后道检测设备、激光退火设备、封装设备等，广泛应用于集成电路前道、先进封装、FPD 面板、MEMS、LED、Power Devices等制造领域，主要产品为用于 IC、面板、LED/MEMS/Power 的光刻机，是目前国内在光刻机领域最前沿的公司，其最先进的 600 系列光刻机制程为达到 90nm，代表国内同行业最高水平。根据芯思想数据，上海微电子 2018 年光刻机出货量大概在 50-60 台之间。公司光刻机在封装、LED、面板领域市占率较高。 国内在光刻机领域最前沿的公司，其最先进的 600 系列光刻机制程为达到 90nm。IC领域，公司自 2002 年创立至今积极投入 IC 前道光刻机产品研发，公司 600 系列步进扫描投影光刻机采用四倍缩小倍率的投影物镜、工艺自适应调焦调平技术，及高速高精的自减振六自由度工件台掩模台技术，可满足 IC 前道制造 90nm、110nm、280nm 光刻工艺需求，适用于 8、12 寸线的大规模工业生产。公司最先进的 SSA600/20 光刻机分辨率可达 90nm，与 ASML 早期产品的翻新版 PAS5500/1500C 在分辨率精度上属于同一类别。虽与 ASML有一定差距，但 90nm 制程仍有广阔应用，例如手机上的蓝牙芯片、射频芯片、功放芯片、电源管理芯片等，以及日常所用的路由器芯片、各种电器驱动芯片等需要用到这种光刻机。封装领域，公司的 500 系列步进投影光刻机不仅适用于晶圆级封装的重新布线以及 FlipChip 工艺中常用的金凸块、焊料凸块、铜柱等先进封装光刻工艺，还可以通过选配背面对准模块，满足 MEMS 和 2.5D/3D 封装的 TSV 光刻工艺需求。公司从低端切入市场，已成为长电科技、日月光半导体、通富微电等封测龙头企业的重要供应商，并出口海外市场。LED 领域，公司的 300 系列步进投影光刻机面向 6 英寸以下中小基底先进光刻应用领域，具备高分辨率（0.8um）、高速在线 Mapping、高精度拼接及套刻、多尺寸基底自适应、完美匹配 Aligner 和高产能等特征，满足 HB-LED、MEMS 和 Power Devices 等领域单双面光刻工艺需求。SSB300 用于 2-6 英寸基底 LED 的 PSS 和电极光刻工艺；SSB320 用于 LED生产中芯片制作光刻工艺，采用超大曝光视场，通过掩模优化设计减少曝光场，减少重复芯片损失，显著提高产能。面板领域，公司 200 系列投影光刻机采用先进的投影光刻机平台技术，专用于 AM-OLED和 LCD 显示屏 TFT 电路制造，具备高精度（1.5μm）、支持小 Mask（6 英寸）降低用户使用成本和智能化校准及诊断特征，可应用于 2.5 代～6 代的 TFT 显示屏量产线。系列设备具备高分辨率、高套刻精度等特性，支持 6 英寸掩模，显著降低用户使用成本。4.2 国产光刻链的打通助力上海微电子下一代光刻机突破 197nmArF DUV 浸没式系统不需要颠覆式技术，配合多重光刻、刻蚀沉积工艺可达到7nm 制程。ArF 光源自 1982 年由 IBM 的 Kanti Jain 开创性提出，上世纪 90 年代成为了主流，并沿用到现在，是一个非常长寿的光源技术。ASML 与尼康在 197nm 之后的技术之争已经说明，193nmArF 光源配合浸没式系统与多重光刻、刻蚀、沉积工艺，可以将技术节点不断突破至 45nm、28nm 甚至 7nm，整个过程不需要开发新的颠覆式技术。而上微最先进的光刻机 SSA600/20 已经使用波长为 197nm 的 ArF 深紫外激光，因此在光源水平上已经跨入先进光刻机的进化序列中。国产光刻产业链打通，上微未来有望逐步实现 45、28nm 先进制程。目前上海微电子装备正在承担国家科技重大专项 02 专项在“十三五”期间的标志性项目“28nm 节点浸没式分步重复投影光刻机研发成功并实现产业化”。随着“02 专项”成果陆续验收，之前制约国产光刻机发展的关键——光刻产业链正在不断完善，特别是科益虹源、国科精密、启尔机电、北京科华等公司承接的有关浸没式系统的技术产品不断通过验收，在国外光刻技术管制背景下，上海微电子在关键组件和配套设备的供应上已实现相当比例的国产替代，预计上海微电子下一代浸没式光刻机突破在即。鉴于光刻机的重要性，届时国产光刻产业链和半导体产业链均将迎来发展黄金时期。5、 推荐标的（略，详见报告原文）5.1 精测电子：布局半导体前、后道检测设备，迈向泛半导体检测龙头5.2 福晶科技：非线性光学晶体全球龙头，部分产品供货 ASML……（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：西南证券）如需报告原文档请登录【未来智库】。

第一章：半导体设备行业概述1.半导体设备简介：半导体设备，即在芯片制造和封测流程中应用到的设备，广义上也包括生产半导体原材料所需的机器设备。在整个芯片制造和封测过程中，会经过上千道加工工序，涉及到的设备种类大体有九大类，细分又可以划出百种不同的机台，占比较大市场份额的主要有：光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机、测试机、分选机、探针台等。2.半导体设备是半导体行业基石：半导体设备总市值几百亿美元，支撑着全球上万亿的电子软硬件大生态，设备对整个半导体行业有着放大和支撑作用，其确立了整个半导体产业可达到的硬性尺寸标准边际值。因此，半导体设备是半导体制造的基石。3.半导体设备发展驱动因素导体行业持续增长：作为半导体产业的发动机，半导体设备是半导体技术迭代的基石。近年来，半导体行业政策红利不断，随着物联网、可穿戴设备、5G等下游产业的进一步兴起，半导体行业迎来快速发展阶段。2010-2019年，中国集成电路销售额持续以两位数的增速增长，2019年达到7562.3亿元，同比增长15.8%；2020年上半年，销售额为3539亿元，尽管受到疫情的影响，但仍同比增长16.1%。摩尔定律推动行业技术发展:根据摩尔定律演进，每隔18-24个月芯片性能将提升一倍。1971年英特尔发布的第一个处理器4004，就采用10微米工艺生产，仅包含2300多个晶体管。随后，晶体管的制程节点以0.7倍的速度递减，90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、16nm、10nm、7nm等等相继被成功研制出来，目前正向5nm、3nm、2nm突破。对半导体设备来说，根据半导体行业内“一代设备，一代工艺，一代产品”的经验，半导体设备要超前半导体产品制造开发新一代产品每更新一代工艺制程，则需更新一代更为先进的制程设备。产业政策有效扶植推进:从政策环境上来看，随着半导体产业不断深化，我国对于半导体设备行业愈加重视。其主要表现在对于整个IC产业链企业的政策优待以及对于半导体设备行业的相关规划与推动。其中较为突出的是《极大规模集成电路制造装备及成套工艺》项目(02专项)，其以专项的形式组织了一批国内半导体设备公司进行了一系列重点工艺和技术的攻关，有效促进了我国半导体设备行业的发展，使得我国半导体设备行业涌现出了一批拥有国际竞争力的龙头企业。资本给产业带来新机遇:2014年6月国务院发布了《国家集成电路产业发展推进纲要》，奠定未来集成电路的战略发展方向，同时提出要设立国家产业投资基金的重要举措。同年9月，在工信部和财政部的指导下，国开金融、华芯投资等共同签署了《国家集成电路产业投资基金股份有限公司发起人协议》和《国家集成电路产业投资基金股份有限公司章程》，大基金正式设立（一期）。大基金一期共募得普通股987.2亿元，同时发行优先股400亿元，基金总规模达到1387.2亿元，以IC制造为主。2019年10月22日大基金二期正式成立，总规模高达2041.5亿元，于2020年3月开始进行实质投资，半导体设备、半导体材料等大基金一期投入相对较少的产业迎来发展机遇。第二章：半导体设备行业发展现状1.全球半导体设备行业发展全球半导体行业周期明显 新一轮上升周期来临：从全球半导体发展情况来看，受宏观经济变化及技术革新影响，半导体行业存在周期性。2017-2019年，全球半导体行业来到了下滑周期。2019年，全球固态存储及智能手机、PC需求增长放缓，全球贸易摩擦升温，导致全球半导体需求市场下滑，全年销售额为4121亿美元，同比下降12.1%。进入2020年，有5G商用化、数据中心、物联网、智慧城市、汽车电子等一系列新技术及市场需求做驱动，将给予半导体行业新的动能。全球半导体设备行业销售额出现下滑：根据国际半导体产业协会SEMI统计数据显示，近年来全球半导体设备销售额呈波动态势，2019年为597.5亿美元，比2018年的645.3亿美元的历史高点下降了7.4%。2020年一季度，全球半导体设备销售额为155.7亿美元，比2019年第四季度减少13%，但与2019年一季度相比，增长了13%。前道设备占据主要市场份额：在一个新晶圆投资建设中，设备投资一般占70-80%。按工艺流程分类，在新晶圆的设备投资中，晶圆加工的前道设备占据主要的市场份额，约85%；封测设备占据约15%的比重，其中测试设备9%，封装设备6%。全球半导体设备产业主要集中在中国台湾及大陆地区：从地区分布来看，2019年中国台湾是半导体设备的最大市场，销售额增长了68%，达到171.2亿美元，占全球市场的比重为28.65%。中国大陆则以134.5亿美元的销售额保持其第二大设备市场的地位，占比为22.51%。排名第三的是韩国，销售额为99.7亿美元，同比下降44%，占比为16.69%。尽管日本，欧洲和世界其他地区的新设备市场萎缩，但北美设备销售额在2019年跃升了40%，达到81.5亿美元，占比升到13.64%，这是该地区连续第三年增长。日美荷品牌占据全球前十大设备制造商地位：目前全球半导体设备市场集中度较高，以美国、荷兰、日本为代表的TOP10企业垄断了全球半导体设备市场90%以上的份额。美国著名设备公司应用材料、泛林半导体、泰瑞达、科天半导体合计占据整个设备市场40%以上份额，而且均处于薄膜、刻蚀、前后道检测三大细分领域的绝对龙头地位。技术领先和近半的市场占有率，任何半导体制造企业都很难完全脱离美国半导体设备供应体系。巨头瓜分细分市场：从半导体设备的各细分行业来看，依旧是被TOP10供应商垄断，应用材料、ASML、东京电子（TEL）头部三家公司合计占比高达60%-90%。其中，应用材料、TEL等企业横跨多细分领域，成为航母级龙头企业。2.中国半导体设备行业发展现状行业市场规模持续增长。根据SEMI数据显示，2013-2019年中国大陆半导体设备市场规模呈现逐年增长态势，增速波动变化。2019年行业实现市场规模134.5亿美元，同比增长2.6%，增速较2018年有所回落。2020年一季度行业实现规模35亿元，较2019年同期增长48%，可见我国半导体设备在2020年初的新冠肺炎事件中受到的影响并不显著。同时，中国大陆半导体设备市场规模占全球市场规模的比重一直在增长，2019年中国大陆在全球市场占比实现22.5%，较2018年增长了2.3个百分点。国产化率仍处于较低水平：虽然中国半导体专用设备企业销售规模不断增长，但整体国产率还处于较低的水平，目前中国半导体专用设备仍主要依赖进口。根据中国本土主要晶圆厂设备采购情况的统计数据，目前中国主要本土晶圆厂设备的国产化情况如下图。前道制程设备占主导地位：从产品细分结构来看，半导体设备主要分为前道制造设备以及后道封装测试设备。根据SEMI数据，2018年国内半导体设备主要集中在前道制程设备，其比重为78%，其中以光刻机、刻蚀机和薄膜沉积设备为主。此外，测试设备在半导体设备的占比为10%，封装设备在半导体设备中的比重约为7%。国内企业规模整体偏小：据中国电子专用设备工业协会的数据显示，2019年中国半导体设备TOP10企业共完成销售收入143.43亿元。2019年中国半导体设备制造商销售收入排列首位的是浙江晶盛机电股份有限公司，其2019年半导体设备销售收入达到28.86亿元，其次为北方华创科技集团股份有限公司，销售收入为28.42亿元。但对标全球半导体设备企业的销售收入来看，我国半导体设备行业内企业规模仍处于较低水平，行业设备需求多依赖于国际品牌。资本市场处于初级阶段：目前，我国半导体设备行业仍在追赶阶段，多数企业成立时间较短，从融资情况来看，2020年我国半导体设备行业企业的融资轮次多处于A轮以及战略投资。可见行业的融资情况仍处于初级阶段，从行业发展的情况来看，未来行业或将吸收更多的资金。第三章：半导体设备行业细分市场分析1.光刻设备光刻设备简介：光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。光刻的本质是把临时电路结构复制到硅片上，这些结构首先以图形形式制作在掩膜版上；光源透过掩膜版将图形转移到硅片表面的光敏薄膜上。光刻工艺主要流程有涂胶、软烘、对准曝光、显影、坚膜烘焙、刻蚀、去除清洗等一系列步骤。 所涉及到的主要设备有光刻、涂布、曝光显影、量测和清洗设备，其中价值量最大且技术壁垒最高的部分是光刻机。光刻机发展历程分析：光刻机发展至今，已经历了5代产品的迭代。第一二代均为接触接近式光刻机，使用光源分别为436nm的g-line和365nm的i-line；第三代为扫描投影式光刻机，光源改进为248nm的KrF激光，实现了跨越式发展，将最小工艺推进至180-130nm；第四代为浸没步进式投影式光刻机，是最具代表性的光刻机产品，1986年由ASML首先推出，采用193nmArF激光光源；第五代为EUV光刻机，采用极紫外光光源，是未来光刻机技术发展的主要方向。2010年ASML推出第一台EUV光刻机NXE:3100, 目前其是全世界唯一一家能够设计和制造EUV设备的厂商。全球光刻机需求量在300台左右：目前全球光刻机被ASML、Canon和Nikon三家供应商包揽。从行业需求来看，全球每年光刻机产出量300-400台，2019年，全球TOP3企业光刻机合计销售量354台，较2018年下降了3.8%。在2019年的354台光刻机设备中，ASML贡献了229台，占据着超60%的市场份额。2020年第一季度，全球光刻机top3企业销售量实现85台。ArF、i-line光刻机是主流：近年来，市场上销售的光刻机主要为EUV光刻机、ArF lm光刻机、ArF Dry光刻机、KrF光刻机和i-line光刻机。从2019年这五类光刻机的销量情况来看，ArF光刻机销量最高，达122台，其中ArF lm光刻机89台， ArF Dry光刻机33台。在这122台中，ASML贡献了大部分的份额。其次为i-line光刻机，销量为116台。光刻机国产化进行时：从中国市场来看，上海微电子装备有限公司（SMEE）是我国国内唯一能够做光刻机的企业。上海微电已经量产的光刻机中，性能最好的是SSA600/200工艺，能够达到90nm的制程工艺，而最新的荷兰ASML公司所生产的N+1光刻机是采用最新的制程，能够达到7nm的程度。因此，国内晶圆厂所需要的高端光刻机完全依赖进口，国产化脚步有待加快。此外，从光刻机工作台、涂布显影、去胶/清洗等其他光刻设备来看，我国在研企业还有华卓精科、芯源微、屹唐半导体等。2.刻蚀设备刻蚀设备简介：刻蚀是利用化学或者物理的方法将晶圆表面附着的不必要的材质进行去除的过程。按照刻蚀工艺划分，刻蚀其主要分为干法刻蚀以及湿法刻蚀，干法刻蚀主要利用反应气体与等离子体进行刻蚀，利用等离子体与表面薄膜反应，形成挥发性物质，或者直接轰击薄膜表面市值被腐蚀的工艺。湿法刻蚀工艺主要是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀，该刻蚀方法会导致材料的横向纵向同时腐蚀，会导致一定的线宽损失。目前来看，干法刻蚀在半导体刻蚀中占据绝对主流低位，市场占比超过90%。全球刻蚀设备市场规模至2025年有望达到155亿美元：近年来，全球刻蚀设备市场快速发展。2013年，全球刻蚀设备市场规模约为40亿美元，随着闪存技术突破，存储市场拉动刻蚀设备需求明显增大，至2019年市场规模突破百亿美元，达到115亿美元。 SEMI预测2025年全球刻蚀设备市场空间达到155亿美元，年复合增速约为12%，市场空间增量主要来自于存储制造对刻蚀设备的需求激增。三大巨头垄断市场：从刻蚀设备主要品牌来看，目前该领域被泛林半导体、TEL、应用材料三家海外巨头所垄断。2019年，三家企业合计占全球刻蚀设备市场90%左右，其中泛林半导体又以50%的市场份额遥遥领先。工艺升级带动刻蚀机用量提升：根据中微公司披露的高阶制程刻蚀工艺来看，由于光刻机在20nm以下光刻步骤收到光波长度的限制，因此无法直接进行光刻与刻蚀步骤，而是通过多次光刻、刻蚀生产出符合人们要求的更微小的结构。目前普遍采用多重模板工艺原理， 即通过多次沉积、刻蚀等工艺，实现10nm线宽的制程。根据相关数据，14nm制程所需使用的刻蚀步骤达到64次，较28nm提升60%；7nm制程所需刻蚀步骤更是高达140次，较14nm提升118%，工艺升级持续推动刻蚀机用量提升。有望率先完成国产替代：从国内市场来看，刻蚀机尤其是介质刻蚀机，是我国最具优势的半导体设备领域，也是国产替代占比最高的重要半导体设备之一。目前我国主流设备中，去胶设备、刻蚀设备、热处理设备、清洗设备等的国产化率均已经达到20%以上。而这之中市场规模最大的则要数刻蚀设备。我国目前在刻蚀设备商代表公司为中微公司、北方华创以及屹唐半导体。中微与北方作为我国两家设备龙头企业，偏重领域有一定区别。3.薄膜沉积设备薄膜沉积设备简介：薄膜的沉积，是一连串涉及原子的吸附、吸附原子在表面扩散及在适当的位置下聚结，以渐渐形成薄膜并成长的过程。薄膜沉积工艺主要有原子层沉积（ALD）、物理式真空镀膜（PVD）、化学式真空镀膜（CVD）三种工艺。全球薄膜沉积设备市场规模至2025年有望达到340亿美元：根据Maximize Market Research数据统计，全球半导体薄膜沉积市场2017年市场空间约为125亿美元，预计到2025年将达到340亿美元，期间以年复合13.33%的速度增长。其中市场将以存储、AMOLED显示屏以及太阳能电站等新兴应用需求的增加为驱动薄膜沉积市场增长的核心动力。CVD设备占据过半市场份额：从半导体薄膜沉积设备主要类型来看，CVD设备占据着57%的薄膜沉积设备市场，领先于其他类型设备；其次是PVD，占比为25%；ALD及其他镀膜设备占据着18%的市场份额。薄膜沉积设备品牌竞争格局分析：从全球市场份额来看，ALD设备龙头TEL和ASM分别占据了31%和29%的市场份额，剩下40%的份额由其他厂商占据；而应用材料则基本垄断了PVD市场，占85%的比重，处于绝对龙头地位；在CVD市场中，应用材料全球占比约30%，连同泛林半导体的21%和TEL的19%，三大厂商占据了全球70%的市场份额。国产薄膜沉积设备取得重大进展：从国内市场看，中国薄膜沉积设备龙头有北方华创和沈阳拓荆。其中，北方华创产品线覆盖CVD、PVD和ALD三类；沈阳拓荆主攻CVD和ALD，目前技术储备均达到28/14nm节点。近年来两家公司分别在技术储备以及客户认证方面取得良好进展。2020年4月7日，北方华创宣布，其THEORISSN302D型12英寸氮化硅沉积设备进入国内集成电路制造龙头企业。该设备的交付，意味着国产立式LPCVD设备在先进集成电路制造领域的应用拓展上实现重大进展。4.清洗设备清洗设备分类——以湿法清洗为主：半导体清洗设备针对不同的工艺需求，对晶圆表面进行无损伤清洗以去除半导体制造过程中的颗粒、自然氧化层、金属污染、有机物、牺牲层、抛光残留物等杂质。按照清洗原理来分，清洗工艺可分为干法清洗和湿法清洗。在实际生产过程中一般将湿法和干法两种方法结合使用，目前90%以上的清洗步骤以湿法工艺为主。在湿法清洗工艺路线下，目前主流的清洗设备主要包括单片清洗设备、槽式清洗设备、组合式清洗设备和批式旋转喷淋清洗设备等，其中以单片清洗设备为主流。——清洗步骤贯穿全产业链：清洗设备直接影响集成电路的成品率，是贯穿半导体产业链的重要环节，在单晶硅片制造、光刻、刻蚀、沉积等关键制程及封装工艺中均为必要环节，约占所有芯片制造工序步骤30%以上，且随着节点的推进，清洗工序的数量和重要性会继续提升，清洗设备的需求量也将相应增加。清洗设备发展现状——行业规模波动幅度较大：根据Gartner统计数据，2018年全球半导体清洗设备市场规模为34.17亿美元，2019年和2020年受全球半导体行业景气度下行的影响，有所下降，分别为30.49亿美元和25.39亿美元，预计2021年随着全球半导体行业复苏，全球半导体清洗设备市场将呈逐年增长的趋势，2024 年预计全球半导体清洗设备行业将达到31.93亿美元。——马太效应明显 行业集中度较高：目前，全球半导体清洗设备市场主要由Screen（日本迪恩士）、TEL（日本东京电子）、Lam Research（美国拉姆研究）和SEMES（韩国）和拉姆研究等日美韩企业瓜分。根据Gartner数据显示，2018年全球排名前四的企业合计占据约98%的市场份额，行业马太效应显著，市场高度集中；其中日本厂商迪恩士以市占率45.1%处于绝对领先地位，而国内清洗设备龙头盛美半导体市占率仅为2.3%。——国内生产企业屈指可数：目前，中国大陆能提供半导体清洗设备的企业较少，主要包括盛美股份、北方华创(002371)、芯源微(688037)以及至纯科技(603690)四家公司。此外，据中国国际招标网统计，在芯片和集成电路制造厂商长江存储、华虹无锡、上海华力二期项目共累计累计采购的200多台清洗设备中，按中标数量对供应商排序，依次是DNS、盛美股份、LAM、TEL以及北方华创，所占份额依次是48%、20.5%、20%、6%和1%，盛美股份在国产清洗设备供应商中排名第一。可见，盛美股份是国内半导体清洗设备行业龙头企业，未来其市场发展空间较大，有望打破外企垄断，扩大市场份额。5.封装设备封装设备分类：典型的半导体封装工艺流程为：划片、装片、键合、塑封、去飞边、电镀、打印 、切筋和成型 、外观检查、 成品测试 、包装出货。与封装流程对应的，整个封装设备包括切割减薄设备、划片机、贴片机、固化设备、引线焊接/键合设备、塑封及切筋设备等。发展现状——行业规模占全球比重持续上涨：据SEMI数据显示，2018年全球封装设备市场规模约为42亿美元，另外根据VLSI数据，半导体设备中封装设备约占7%。假设该占比较稳定，结合SEMI最新数据，可估算得到2019全球封测设备市场空间约为41.86亿美元，2020年有望达到42.56亿美元。同时，根据SEMI数据，国内封装设备在半导体设备中的比重同样约为7%，2019年中国大陆半导体封装设备市场规模约为9.4亿美元，预计到2020年中国大陆半导体封测设备规模约为10.4 亿美元。从中国在全球的比重来看，2018-2020年我国半导体设备规模占全球比重不断上升，2019年约为22.5%。结合封测设备细分产品结构来看，根据VLSI数据，2018年全球半导体封装设备中的贴片机、划片机/检测设备、引线焊接设备、塑封/切筋成型设备等占比较大，分别约为 30%、28%、23%、18%。——市场仍以国际企业占据:目前，在全球封装设备领域的代表性企业包括ASM Pacific、K&S、Shinkawa、Besi等，同时，我国半导体封装设备市场同样被这些国际企业占据，且国产化程度很低。6.测试设备设备分类——测试机比重居于首位:测试设备贯穿于集成电路生产制造流程（包括IC设计、制造以及封测）。晶圆在封装前和封装过程中需进行多次多种测试，如封装前的晶圆测试（WAT测试）、在封测过程中需进行CP测试、封装完成后需进行FT测试等，所涉及设备包括探针台、测试机、分选机等。——测试机比重居于首位:从产品的细分结构来看，根据SEMI数据，2018年我国半导体测试设备中测试机的占比达到63.1%，居于首位；其次分选机和探针台分别占比17.4%和15.2%。值得注意的是，在测试机的细分产品中，存储测试机和SOC测试机占据主要份额，其占比分别达到43.8%和23.5%。——行业规模保持增长:根据SEMI数据，国内测试设备在半导体设备行业的的比重约为10%，据此进行测算得到，2019年中国大陆半导体测试设备市场规模约为13.11亿美元，并预计到2020年中国大陆半导体测试设备规模约为15亿美元。同时从全球角度来看，据Gartner数据，2016-2018年全球半导体测试设备的市场规模呈逐年增长态势，2018年行业规模为56.33亿美元，前瞻根据市场增速进行估算，2019年全球半导体测试设备规模约为65亿美元。——全球企业集中度较高:从企业竞争格局来看，目前全球半导体测试设备产业主要呈现美商Teradyne、日商Advantest、TEL等国际企业垄断的局面；而中国集成电路测试设备市场份额同样被国外企业瓜分，本土企业虽然与国际龙头相比在规模和技术方面仍然存在一定差距，但是近几年进步较大，市场份额逐步提升，相继涌现出华峰测控、长川科技等企业。第四章：半导体设备行业发展趋势分析半导体设备行业发展痛点：融资环境仍不成熟，高端技术和人才的缺乏，国产核心零部件配套能力薄弱，国外出口限制。半导体设备行业发展趋势：设备将向高精度化与高集成化方向发展，各类技术等级设备并存发展，国产化进程加快。半导体设备行业发展前景：随着国际产能不断向我国大陆地区转移，英特尔（Intel）、三星（Samsung）等国际大厂陆续在我国大陆地区投资建厂，同时在集成电路产业投资基金的引导下，我国大陆集成电路生产线建设热情高涨，我国大陆地区对半导体设备的需求巨大。结合全球半导体设备发展趋势以及我国半导体设备国产替代以及下游需求旺盛的多重作用，未来几年，我国半导体设备行业仍将保持高速增长，预计2020-2025年，我国半导体设备行业市场规模将保持在15%左右的复合增长率稳步提升，到2025年，全国半导体设备市场规模将达到298亿美元。报告节选：（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：前瞻产业研究院）

设计芯片很难，但制造芯片其实更难，因为这需要大量的工艺经验积累，是工匠精神的典型代表。光刻机作为芯片制造的必须工具，却没有多少公司能够掌握其技术，甚至得到它的图纸，也无法轻易模仿生产出来，这到底是为什么呢？从原理上看，光刻机构造其实非常简单，就是利用光线能量把芯片印刷出来，这大概就和打印机的道理差不多，有什么难呢？最难的关键在于精度，因为需要雕刻的芯片实在太小了，而且内部结构非常复杂，这就要求光刻机的每一个零件都要达到极高的精度要求。事实上，由于华为苹果三星高通每年都需要大量的高端芯片，来生产智能手机，其市场规模估计高达万部，但遗憾的是，全球最顶尖的ASML光刻机每年只能生产出几十台，远远不能满足大家的需求。没有高端光刻机，就没有所谓的7nm芯片，再好的芯片设计都无法实现。为什么光刻机市场需求高达万部，但ASML每年却只生产几十台？做更多不是可以赚更多吗？从生产角度来看，做更多当然能赚更多，但问题是根本做不了那么多台。ASML拥有一万六千多名员工，其中很多人都是经过长年累月的经验积累，传承了高超的工匠手艺，他们才能够熟练运用机械打造出结构最稳定，精度最高的光刻机零件，这是使得光刻机至今难以实现工业化流水线生产。目前ASML需要数百天时间不断打磨调整，才能做出一台合格的EUV光刻机，三星台积电英特尔都在排队等候，着急也没办法。