（文章來源：樂晴智庫）

光刻機是半導體制造設備中價格占比最大，也是最核心的設備，是附加價值極高的產品，被譽為是半導體產業(yè)皇冠上的明珠。芯片的加工過程對精度要求極高，光刻機通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。越復雜的芯片，線路圖的層數(shù)越多，就需要更精密的光刻機。

光刻機的制造和維護需要高度的光學和電子工業(yè)基礎，能夠掌握這項技術的廠商寥寥無幾，目前比較知名的光刻機廠商有尼康、佳能、ABM、歐泰克、上海微電子裝備、SUSS等，但是在頂級光刻機領域，荷蘭的ASML公司幾乎壟斷了整個市場，占據(jù)超過70%的高端光刻機市場，且最新的產品EUV光刻機研發(fā)成本巨大，售價高達1億美元，但依舊供不應求。

荷蘭ASML公司有一個模式，那就是只有投資它的公司才能夠優(yōu)先得到他們的頂級光刻機。例如蔡司就是投資了ASML，占據(jù)了它超過20%的股份。這些公司不單單投資它，也給它提供最新的技術，這樣它就不是孤軍奮戰(zhàn)狀態(tài)，做到了技術分工。英特爾、臺積電筆三星都主動出資入股ASML支持研發(fā)，并有技術人員駐廠，格羅方德、聯(lián)電及中芯國際等的光刻機主要也是來自ASML，以此優(yōu)先獲得它的最先頂級的光刻機。

ASML公司在2019年年報中，披露了關于下一代EUV極紫光刻機的研發(fā)進程。預計2022年年初開始出貨，2024年實現(xiàn)大規(guī)模生產。根據(jù)ASML之前的報告，去年該公司出貨了26臺EUV光刻機，預計2020年交付35臺EUV光刻機，2021年則會達到45臺到50臺的交付量，是2019年的兩倍左右。

半導體設備分為晶圓加工設備、檢測設備、封裝設備和其他設備。晶圓加工設備中，光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設備（PVD和CVD）技術難度最高，三者占比分別為30%、25%、25%。

半導體設備高門檻導致競爭格局高度集中。目前全球半導體設備市場主要被美國、日本、荷蘭企業(yè)所壟斷。半導體設備行業(yè)前10家公司2007年市占率合計66%，到2018年市占率合計達到81%，提升了15個百分點；前五家公司2007年市占率合計57%，到2018年市占率合計達到71%，提升了14個百分點。2018年全球半導體設備榜單前五名包括應用材料、東京電子、拉姆研究、ASML和科磊半導體。除ASML外，各家公司產品線均比較豐富，且前三名企業(yè)營收均超過一百億美元。行業(yè)CR5占比75%，CR10占比91%。全球半導體設備競爭格局呈現(xiàn)高度集中狀態(tài)。

光刻機是生產線上最貴的機臺，千萬-億美元/臺。主要是貴在成像系統(tǒng)和定位系統(tǒng)。一般來說一條產線需要幾臺光刻機，其折舊速度非常快，大約3～9萬人民幣/天，所以也稱之為印鈔機。光刻機工作原理：光刻機通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。

光源作為光刻機的核心構成，很大程度上決定了光刻機的工藝水平。光源的變遷先后經歷：（a）紫外光源（UV：UltravioletLight），波長最小縮小至365nm；（b）深紫外光源（DUV：DeepUltravioletLight），其中ArFImmersion實際等效波長為134nm；（c）極紫外光源（EUV：ExtremeUltravioletLight），目前大部分最高工藝制程半導體芯片均采用EUV光源。

在集成電路制造工藝中，光刻是決定集成電路集成度的核心工序，在整個硅片加工成本中占到1/3。光刻的本質是把掩膜版上臨時的電路結構復制到以后要進行刻蝕和離子注入的硅片上。

從光刻機結構來看，它由光源、光學鏡片和對準系統(tǒng)等部件組成，其工藝中十分關鍵的兩個元素是光刻膠和掩膜版。而光刻處理后的晶圓片再經刻蝕和沉積等過程制成芯片成品，用于電腦、手機等各種設備之中。下游旺盛的終端市場需求決定了光刻設備必然也面臨巨大的需求。光刻設備廠商的下游客戶主要在于存儲和邏輯芯片制造商。

從全球角度來看，高精度的IC芯片光刻機長期由ASML、尼康和佳能三家把持。ASML，尼康，佳能三家公司幾乎占據(jù)了99%的市場份額，其中ASML光刻機市場份額常年在70%以上，市場地位極其穩(wěn)固。光刻機研發(fā)的技術門檻和資金門檻非常高，也正是因此，能生產高端光刻機的廠商非常少，到最先進的14-7nm光刻機就只剩下ASML能生產，日本佳能和尼康已經基本放棄EUV光刻機的研發(fā)。

前四代光刻機使用都屬于深紫外光，ArF已經最高可以實現(xiàn)22nm的芯片制程，但在摩爾定律的推動下，半導體產業(yè)對于芯片的需求已經發(fā)展到14nm，甚至是7nm，浸入式光刻面臨更為嚴峻的鏡頭孔徑和材料挑戰(zhàn)。第五代EUV光刻機，采用極紫外光，可將最小工藝節(jié)點推進至7nm。5nm及以下工藝必須依靠EUV光刻機才能實現(xiàn)。隨著半導體制造工藝向7nm以下持續(xù)延伸，EUV光刻機的需求將進一步增加。

2018年我國半導體設備十強單位完成銷售收入94.97億元，同比增長24.6%。國內光刻機廠商有上海微電子、中電科集團四十五研究所、合肥芯碩半導體等。上海微電子是國內頂尖的光刻機制造商，根據(jù)電子工程世界資料，近年來公司通過積極研發(fā)，已實現(xiàn)90nm節(jié)點光刻機的量產，并有望延伸至65nm和45nm。由于制程上的差距非常大，國內晶圓廠所需的高端光刻機只能完全依賴進口。

在《瓦森納協(xié)定》的封鎖下，高端光刻機在中國被禁售，即使中端光刻機也有保留條款—禁止給國內自主CPU做代工，導致自主技術成長困難重重，光刻機國產化仍有很長的路要走。
（責任編輯：fqj）