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。
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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。
资料来源：中商产业研究院整理
3.重点企业分析
资料来源：中商产业研究院整理
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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。
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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。
资料来源：中商产业研究院整理
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。
数据来源：中商产业研究院整理
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
