光刻机行业深度研究报告：核心“卡脖子”设备，国产替代蓄势待发.pdf

上传者：一树梨花
时间：2023/10/24
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光刻机行业深度研究报告：核心“卡脖子”设备，国产替代蓄势待发。光刻机：半导体制造过程中价值量、技术壁垒和时间占比最高的设备之一。一个指甲大小的芯片可以由上百亿个晶体管组成，制造工艺的难度和精细度要求极高。芯片制造过程是多层叠加的，上百亿只晶体管由金属线条连接起来，实现了芯片的功能。半导体设备是芯片制造的核心包括晶圆制造和封装测试等，其中光刻工艺是半导体制造的重要步骤之一，其成本约为整个硅片制造工艺的 1/3，耗时约占整个硅片工艺的 40～60%。光刻是半导体制造的重要步骤之一，实质为光源通过掩膜版将其附有的临时电路结构转移到硅片表面的光敏薄膜上，再通过一系列处理形成特定的电路结构。在芯片制造过程中，光刻机是决定制程工艺的关键设备，光刻机分辨率就越高，制程工艺越先进。

市场概况：全球光刻机市场规模超 230 亿美元，ASML 处于绝对领先，上海微实现国产零突破。2021/22 年全球半导体设备市场规模均超千亿美元，其中晶圆制造中光刻设备为关键工艺设备，设备价值在晶圆厂单条产线成本中占比最高，根据 Gartner 预测，2022 年全球晶圆制造设备市场中光刻设备占比 21.3%，全球半导体光刻设备市场规模约 231 亿美元。全球来看：2022 年全球光刻机年销量约为 500 台，主要市场被 ASML、Canon、Nikon 垄断，其中高端光刻机 ASML 处于绝对领先地位。国内来看：根据长江存储、华力集成、华虹无锡 2015-2022 年的招标数据，共公开采购光刻设备 157 台，总体国产化率为 2.5%。其中荷兰的阿斯麦中标 95 台，占比 60.5%；日本的佳能和尼康分别中标 35/11 台，占比分别为 22.3%/7.0%。国内上海微电子光刻机目前实现国产替代，共中标 3 台，占比 1.9%，未来有待继续突破实现高端国产替代。

技术发展：工艺节点不断缩小至 5nm 及以下，曝光波长逐渐缩短至 13.5nm，光刻技术逐步完善成熟。自 20 世纪 60 年代推出光刻机以来，光刻技术经历了接触/接近式光刻、光学投影光刻、步进重复光刻、扫描光刻、浸没式光刻到 EUV 光刻的发展历程。光刻设备的系统越来越复杂，范畴也不断拓展。我们根据北京集电 DRAM 项目的环评报告，对其芯片生产过程中光刻机的分层使用情况进行测算，先进制程产线依然对传统机型有较高需求。此外，未来技术来看，无掩模光刻及 NIL 压印或为替代路径，但技术发展仍存在较高不确定性。

技术壁垒：光刻分辨率决定工艺区间，多重曝光技术拓展工艺边界。光刻工艺的关键指标为光刻分辨率（CD）、套刻精度（Overlay）和产能，决定了产品的定位和应用场景。回顾中国半导体设备的发展历史，“起步早、门类全、发展曲折”，目前和国际先进水平还有 2 代（ArFi、EUV 技术）的差距，国内厂商正在努力追赶。我们认为，国内的先进光刻技术的发展有两条可以路线同时进行：一条是迭代浸没式 DUV 光刻机，实现多重曝光功能，另一条是长期布局 EUV 光刻技术。