2021年中國光刻機行業產業鏈上中下游市場分析

2021-03-24 來源：中商產業研究院

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中商情報網訊：光刻機作為芯片產業的核心裝備，有人稱它為“人類最精密復雜的機器”。同時，光刻機也被稱為半導體工業皇冠上的明珠。光刻的主要作用是將掩模版上的芯片電路圖轉移到硅片上，是芯片制造的核心環節。光刻工藝定義了半導體器件的尺寸，光刻的工藝水平直接決定芯片的制程和性能水平。

業內消息傳出，2021年3月初，中芯國際與荷蘭光刻機公司阿斯麥（簡稱：ASML）簽下大單，訂購12億美元光刻機。近年來，我國雖然在科技研發上取得了多項重大進步，但在芯片研發和制造領域卻亟待突破，特別是在新冠疫情之后，全球新一輪的“芯片荒”來襲造成了產業鏈對于芯片供不應求的問題，我國想要推進獨立自主的芯片研發，光刻機的生產制造就顯得尤為重要。

一、產業鏈

從產業鏈來看，光刻機產業鏈主要包括上游設備及材料、中游光刻機生產及下游光刻機應用三大環節。

資料來源：中商產業研究院整理

二、上游分析

1.主要組件

光刻機生產制造的技術要求極高，ASML一臺光刻機包含了10萬個零部件，需要40個標準集裝箱才能裝下，涉及到上游5000多家供應商，比如德國的光學設備與超精密儀器，美國的計量設備與光源等。一臺光刻機的主要部件包含測量臺與曝光臺、激光器、光束矯正器、能量控制器等11個模塊。

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2.光源

高端光刻機含有上萬個零部件，而光學鏡片則是核心部件之一，高數值孔徑的鏡頭決定了光刻機的分辨率以及套值誤差能力；光源則是高端光刻機另一核心部件，光源波長決定了光刻機的工藝能力。光刻機需要體積小、功率高而穩定的光源。

隨著光源、曝光方式不斷改進，光刻機經歷了5代產品發展，每次改進和創新都顯著提升了光刻機所能實現的最小工藝節點。目前行業內使用最多的是第四代浸入式光刻機，最高制程可達7nm，在7nm之后芯片廠商必須使用最頂級的EUV光刻機。EUV光刻機主要技術優勢如下：更高的光刻分辨率；生產效率高，光刻工藝簡單。但同時EUV光刻機也存在著許多問題：耗能巨大，能量利用率低；光學系統設計與制造復雜；光罩掩模版表面缺陷。

資料來源：中商產業研究院整理

3.重點企業分析

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三、中游分析

1.分類

光刻機按照有無掩模可分為有掩模光刻機和無掩模光刻機。這兩類光刻機分別有不同的種類：無掩模光刻機分為電子束直寫光刻機、激光直寫光刻機、離子束直寫光刻機，有掩模光刻機分為接近/接觸式光刻機以及投影光刻機。

資料來源：中商產業研究院整理

2.工作原理

光刻機的工作原理是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。不同光刻機的成像比例不同，有5:1，也有4:1。

簡而言之，光刻機本身的原理，其實和相機非常相似，光刻機就像是一臺巨大的單反相機。對比相機和光刻機，被拍攝的物體就等同于微影制程中的光罩，聚光鏡就是單反鏡頭，而底片（感光元件）就是預涂光阻層的晶圓。

光刻機工作原理圖

資料來源：智能電子集成網、中商產業研究院整理

3.市場規模

根據ASML、Canon、Nikon公告，2020年全球光刻機銷量413臺，同比增長15%，按季度依次是95臺、95臺、97臺、126臺，分別同比增長19%、25%、8%、12%，銷售額130多億美元均創歷史新高。

數據來源：ASML、Canon、Nikon公告、中商產業研究院整理

數據顯示，2020年EUV光刻機銷量31臺占比8%，銷售額55億美元同比增長76%，占光刻機市場規模的比例為41%；ArFimmersio銷量80臺占19%，銷售額估計54億美元同比下降7%，但占全球光刻機市場的40%。ArFdry、KrF、i-line光刻機銷量分別為32臺、130臺、140臺，分別同比增長3%、57%、25%，銷量占比依次是8%、31%、34%，銷售額占比依次是5%、11%、3%。

數據來源：ASML、Canon、Nikon公告、中商產業研究院整理

4.重點企業分析

全球光刻機市場主要由荷蘭的ASML、日本尼康（Nikon）和佳能（Canon）三家占據。如今雖然ASML正逐漸解除對華產品的禁售，但EUV這類的頂尖光刻機由于產能有限。上海微電子深耕光刻機產品研發，承擔多項專項科研任務。目前公司光刻機產品主要包括IC前道光刻機、IC后道封裝光刻機、面板前道光刻機、面板后道封裝光刻機。作為國內光刻機設備領域的領航者，上海微電子承擔著國產光刻機設備的希望，若能實現光刻機設備的國產化，中國大力發展的半導體產業必將邁上一個新臺階。

資料來源：中商產業研究院整理

四、下游分析

國內光刻機市場，除了應用于IC前道的光刻機在不斷的發展之外，封裝光刻機以及LED/MEMS/功率器件光刻機的市場也不斷的發展壯大中。其中后面兩者國產化率較高。

1.晶圓制造

生產集成電路的簡單步驟為：利用模版去除晶圓表面的保護膜。將晶圓浸泡在腐化劑中，失去保護膜的部分被腐蝕掉后形成電路。用純水洗凈殘留在晶圓表面的雜質。晶圓是指制作硅半導體電路所用的硅晶片，一片晶圓可以制作數十個集成電路。數據顯示，2016年中國晶圓制造行業市場規模突破1000億元，到2019年，中國晶圓制造行業市場規模超過2000億元，達到2149.1億元。預計2021年，我國晶圓制造行業市場規模或達到2941.4億元。

數據來源：中商產業研究院整理

2.芯片封測

封裝測試是將生產出來的合格晶圓進行切割、焊線、塑封，使芯片電路與外部器件實現電氣連接，并為芯片提供機械物理保護，并利用集成電路設計企業提供的測試工具，對封裝完畢的芯片進行功能和性能測試。數據顯示，2016-2019年，我國芯片封裝測試市場規模由1036億元增長至2350億元，年均復合增長率為12.42%。中商產業研究院預測，在2021年芯片封裝測試的市場規模將達到2931.2億元。

數據來源：中商產業研究院整理

3.LED制造

隨著LED技術成熟和燈珠成本降低、性價比逐漸提高，LED產品在各種下游應用領域滲透率提升，我國LED市場規模持續增加。根據國家半導體照明工程研發及產業聯盟數據，我國LED市場規模自2015年的4,245億元增長至2019年的7,548億元，年均復合增長率為21.60%。預計2020年和2021年分別可以達到8,813億元和9,690億元。