光刻机高端市场持续增长,国产28nm制程光刻机突破在即

王静 2021-07-13 1250 0
摘要:光刻机在芯片制造相关设备中处于核心地位,随着半导体行业对芯片制程要求的不断提高,促进了光刻机产品从低端向高端的升级,光刻机市场规模逐步提升。目前IC前道光刻机高端市场被ASML垄断,国产光刻机的技术仍然落后于国外,国内企业在完成90nm制程的基础上,正在向28nm制程光刻机加速迈进。

随着物联网、5G等行业的兴起,半导体产业快速发展,给半导体制造设备带来新一轮上升周期,集成电路占半导体产品份额的八成以上,光刻机作为集成电路的核心设备,市场情景广阔。目前高端光刻机市场主要被ASML所垄断,国产光刻机发展较晚,追赶国际先进技术任重道远。
集成电路产线升级为光刻机带来更大需求,2024年全球光刻机市场规模将达166.3亿美元
集成电路装备是集成电路产业链结构中的重要环节,其关键产品主要包括光刻机、刻蚀机、离子注入机、清洗研磨设备、检测装备、薄膜沉积设备(PVD)和化学气象沉积设备(CVD)等。其中,技术难度最高、价值最大的当属光刻机,光刻机的精度直接决定了芯片精度的上限,在所有晶圆制造设备中,光刻机设备投资占比最多,达到30%。随着集成电路产线升级,晶圆制程缩小以及尺寸变大将对其制备所需要的设备数量以及设备的性能提出更高要求,例如12英寸晶圆所需光刻机数量比6英寸和8英寸晶圆进一步增加,高端先进制程的需求也将对光刻机性能的要求。随着集成电路产业发展,集成电路装备作为高技术装备产业的典型代表将不断升级,光刻设备市场将不断增长,数据显示,2020年全球光刻机市场规模131.8亿美元,预计到2024年市场规模166.3亿美元。

图1 全球光刻机市场规模

光刻机高端市场ASML一家独大,Nikon和Canon转战中低端市场
光刻机设备市场龙头集中,产品从第一代到第五代分别为g-Line、i-Line、KrF、ArF 、EUV,产品技术和市场被ASML、Nikon和Canon三家瓜分。ASML在各种类型的光刻机上都有涉猎,除了i-line几乎每种类型都是绝对龙头,尤其是EUV光刻机ASML一家独大,EUV采用的光源是13.5nm的极紫外光,产品制程可达到5nm和7nm。尼康光刻机产品主要是ArF immersion和ArF dry,佳能主要是KrF和i-line,由于ASML在光刻机高端市场技术垄断范围力度较大,Nikon和Canon已几乎退出了高端市场,将其业务重点集中于中低端光刻机市场。数据显示,2020年全球光刻机销售数量达到了413台,从销量上来看,ASML、Canon、Nikon占比分别为62%、30%、8%,从销售额看,占比分别为91%、3%、6%。由于售价最高、技术最为先进的EUV光刻机目前只有ASML能制造销售,因此ASML光刻机市场份额将长期处于垄断地位。

图2 2020年全球光刻机销售额占比

上海微电子作为我国光刻机行业的龙头,28nm制程技术突破在即
国内光刻机领域主要企业有上海微电子、国科精密、福晶科技、科益虹源、华卓精科、启尔机电等。其中上海微电子专注于光刻机整机研制领域,国科精密和科益虹源和专注于浸没式系统,华卓精科专注于双工件台技术领域,福晶科技专注于非线性光学晶体领域。目前IC前道光刻机国产化严重不足,主要差距体现在光学镜片和光源,全球比较有权威的光学镜片企业是卡尔蔡司,其和ASML合作开发出了用于EUV光刻机的光学镜头,是国际唯一一家可生产EUV光刻机光学镜头的企业。光源领域,全球比较领先的是极深紫外线,只有EUV能满足10nm以下的晶圆制造,国内比较先进的是科益虹源的浸没式DUV光源,而DUV是无法达到10nm制程以下的。

表1 国内光刻机相关企业主要产品

(资料来源:五度易链行业研究中心整理)

国内光刻机龙头企业是上海微电子,其最先进的ArF光源光刻机节点为90nm,是中国光刻机目前最高水平,另外公司的封装光刻机国内市占率达到了80%,全球市占率达到了40%。从不同制程光刻机面向的市场来看,10nm以下先进制程的芯片主要面向的是高端市场,需求量主要集中在手机等少数几个领域,而28nm及以上芯片制程市场占比超过50%,广泛应用在家电、电子产品、汽车、工业机器人等多个领域。目前28nm国产光刻机主要是上海微电子在全力研发,有预告其将在2021年底完成第一台28nm国产光刻机的交付,国产光刻机有望从此前的90nm工艺一举突破到28nm工艺,同时也将具备向先进芯片制程(14nm/7nm/5nm)进发的基础。

表2 上海微电子主要光刻机产品参数

(资料来源:五度易链行业研究中心整理)

结语
光刻机行业是一个高度垄断的行业,特别是高端领域极紫外光刻光学技术方面,其代表了当前应用光学发展最高水平,技术壁垒较高,目前只有ASML一家企业掌握了这项技术。高端光刻设备对国内封锁严重,国产光刻机短时间内很难进入高端市场,目前国内只有上海微电子研制出了90nm制程光刻机,28nm制程光刻机也有望交付,届时国产高端光刻设备领域将实现重大突破。

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