國產光刻機發展現狀研究

摘要：光刻機在晶片製造領域具有舉足輕重的地位，光刻機決定了電晶體的尺寸，電晶體的尺寸對於晶片的性能具有重大意義，半導體行業對於晶片性能的不斷追求推動了光刻機產品的不斷升級與創新。

目前光刻機市場呈現寡頭壟斷的局面，高端技術掌握在巨頭企業手中。

國產光刻機的技術仍然落後於國外，在技術研發以及人才建設上還有很長的路要走。

光刻機是光刻工藝的核心設備，價值含量大、技術要求高，涉及精密光學、精密運動、高精度環境控制等多項先進技術。

在所有晶圓製造設備中，光刻機設備投資占比最多達到30%，其次是刻蝕設備(20%)，PVD(15%)，CVD(10%)，測量設備(10%)，離子注入設備(5%)等。

圖1 晶圓製造設備投資占比拆分

(資料來源：公開資料整理)

國外光刻機市場及技術現狀

全球光刻機市場處於寡頭壟斷狀態，2017年全球光刻膠銷售額中，ASML(荷蘭)占據全球76%的市場份額、尼康(日本)11%、佳能(日本)6%。

而高端7nm製程的EUV極紫外光光刻機設備領域，完全被ASML壟斷，目前世界上最先進的ASML EUV極紫外光光刻機單價達到一億美元以上，且供不應求。

圖2 2017年全球光刻機設備銷售額占比

(資料來源：公開資料整理)

根據光源的不斷改進和工藝創新，光刻機經歷了5代產品發展，每次光源的改進都顯著提升了光刻機所能實現的最小工藝節點。

在光刻機技術上，目前最先進的是阿斯麥極紫外光刻機可以實現7nm製程工藝，尼康與佳能還在第四代光刻機階段徘徊。

其中尼康NRS系列有浸入式步進掃描光刻機，參數指標上勉強可以達到ASML高端產品的水準。

但是從客戶反饋來看，Nikon高端系列實際性能相比ASML同檔次設備仍有不小差距，尤其是在套刻精度上遠遠達不到官方宣稱水準，以至於尼康光刻設備在售價不到ASML同類產品一半的前提下，依舊銷售不佳。

圖3 五代光刻機的技術工藝說明

（資料來源：公開資料整理）

國內光刻機市場及技術現狀

2016年，中國大陸半導體設備市場首次超過北美和日本，銷售額達到64.6億美元，同比增長13%，成為全球半導體設備銷售第三大市場。

2017年，中國大陸半導體銷售額以27%的增速達到了82.3億的市場規模，全球占比15%,僅次於韓國的32%與台灣的20%，我國已經成為半導體設備銷售大國。

相比於國內半導體設備銷售市場的繁榮，國產光刻機相對黯淡的多。

由於起步較晚且技術積累薄弱，國產光刻機研發企業相對較少，目前僅有上海微電子、合肥芯碩、無錫影速等幾家企業。

在公司已量產的光刻機中，技術最先進的是上海微電子的SSA600/20光刻機，可以用來加工90nm製程的晶片，最新的65nm光刻機還在設備驗證階段。

但從指標上看，SSA600/20基本也和ASML的低端產品PAS5500系列屬於同一檔次，與國外技術相比落後5-6代左右。

由此可見，國產光刻機要突破壟斷仍然長路漫漫。

結語

國際光刻機巨頭實行技術壟斷，高端的設備仍然對國內禁售，國產廠商企短時間內很難改變現有市場格局。

不過在「02」專項和大基金的推動下，我國半導體設備產業從無到有，已經有了根本性的進步。

而緊接著大基金二期將向國內半導體產業鏈薄弱環節傾斜，更多投資於材料與設備領域，高端光刻機獲得資金和政策雙重支持的機率非常大。

上海微電子承擔著多項國家重大科技專項以及 02 專項光刻機科研任務，在高端國產光刻設備領域有望實現重大突破。

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