隨著AI芯片、5G芯片、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等下游的興起，全球半導(dǎo)體行業(yè)重回景氣周期。SEMI預(yù)計(jì)全球?qū)⒂?020年前投產(chǎn)62座半導(dǎo)體晶圓廠,其中26座設(shè)于中國(guó)大陸（其中10座是12寸廠）,中國(guó)大陸預(yù)計(jì)于2019年成為全球設(shè)備支出最高地區(qū)，為國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備的崛起提供了發(fā)展機(jī)會(huì)。

從設(shè)備需求端測(cè)算，2018-2020年國(guó)產(chǎn)晶圓制造設(shè)備市場(chǎng)空間增速分別為54%，78%和97%，2018-2020年累計(jì)市場(chǎng)空間達(dá)250億元，CAGR 為87%。

從興建晶圓廠投資端測(cè)算，2018-2020年國(guó)產(chǎn)晶圓制造設(shè)備市場(chǎng)空間增速分別為157%， 94%和31%， 2018-2020年累計(jì)市場(chǎng)空間387億元，CAGR 為59%。平均每年超百億的市場(chǎng)空間在機(jī)械行業(yè)中難得一見。

2016年全球半導(dǎo)體專用設(shè)備前十名制造商（美國(guó)應(yīng)用材料，荷蘭ASML等）的銷售規(guī)模達(dá)到了379億美元，市占率高達(dá)92%。而中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備前十名制造商的銷售額約7.3億美元，在收入規(guī)模上差距大。其根本原因還是來(lái)自技術(shù)上的差距。目前我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備自制率不足15%，且集中于晶圓制造的后道封測(cè)，前道工藝制程環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備如光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積等仍有待突破；且晶圓制造等設(shè)備在采購(gòu)中面臨國(guó)外企業(yè)的技術(shù)封鎖，全面國(guó)產(chǎn)化是必然選擇。

光刻決定了半導(dǎo)體線路的精度，以及芯片功耗與性能，相關(guān)設(shè)備需要集成材料、光學(xué)、機(jī)電等領(lǐng)域最尖端的技術(shù)，被譽(yù)為是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠。單臺(tái)設(shè)備價(jià)格在2000萬(wàn)美金以上，是中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備最需突破的環(huán)節(jié)之一。

上海微電子是目前國(guó)內(nèi)唯一能做光刻機(jī)的企業(yè)。ASML新出的EUV光刻機(jī)可用于試產(chǎn)7nm制程，價(jià)格超過1億歐元。而上海微電子已量產(chǎn)的光刻機(jī)中，性能最好的是能用來(lái)加工90nm芯片的SSA600/20光刻機(jī)。由此可見，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)要突破壟斷還有很長(zhǎng)的路需要走。要充分了解光刻機(jī)，你需要先看一下以下十個(gè)問題：

1.光刻機(jī)的運(yùn)作機(jī)制。

光刻設(shè)備是一種投影曝光系統(tǒng)。在半導(dǎo)體制作過程中，光刻設(shè)備會(huì)投射光束，穿過印著圖案的掩模及光學(xué)鏡片，將線路圖曝光在帶有光刻膠的硅晶圓上；通過光刻膠與光的反應(yīng)來(lái)形成溝槽，然后再進(jìn)行沉積、蝕刻、摻雜，架構(gòu)出不同材質(zhì)的線路。

其中掩膜版上面會(huì)有很多的布線，形成溝槽以后在里面會(huì)布很多的二極管、三極管等，來(lái)形成不同的功能。單位面積上布的線越多，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能就越多，效能也越高，耗能越少。

2.一般一個(gè)晶圓廠需要幾臺(tái)光刻機(jī)？

并不是每個(gè)晶圓廠都必須配置光刻機(jī)，當(dāng)自身產(chǎn)能不是很大或者生產(chǎn)中耗能太高、產(chǎn)生環(huán)境污染的時(shí)候，這部分的需求可以轉(zhuǎn)移到晶圓代工廠去。美國(guó)現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是，由于高耗能、有污染所以自己不生產(chǎn)，把先前很多工廠轉(zhuǎn)移到了臺(tái)灣。臺(tái)灣由于地域限制，工廠主要集中在新竹，污染、能耗都很大，所以也想把設(shè)備轉(zhuǎn)移到大陸廠商，如中芯國(guó)際、臺(tái)積電南京等。

一個(gè)12寸廠每月的產(chǎn)能大約是8-9萬(wàn)片，這已經(jīng)是很高的水平了，換算到光刻機(jī)的產(chǎn)能大約是每天3000片，實(shí)際中效率可能每小時(shí)110-120片。涂膠的速度是制約光刻機(jī)生產(chǎn)效率的核心因素，涂膠機(jī)目前主要被日本的DNS和TEL壟斷。

除了生產(chǎn)線以外，晶圓廠的研發(fā)部門也需要光刻機(jī)。

3.EUV和DUV的區(qū)別？

DUV是深紫外線（Deep Ultraviolet Lithography），EUV是極深紫外線（Extreme Ultraviolet Lithography）。從制程范圍來(lái)看，DUV基本上只能做到25nm，Intel憑借雙工作臺(tái)的模式做到了10nm，但是卻無(wú)法達(dá)到10nm以下。只有EUV能滿足10nm以下的晶圓制造，并且還可以向5nm、3nm繼續(xù)延伸。

EUV的價(jià)格是1-3億美金/臺(tái)，DUV的價(jià)格為2000萬(wàn)-5000萬(wàn)美金/臺(tái)不等。

4.ASML如何一步步做到EUV？

在2002年，整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)需要193nm波長(zhǎng)的光刻設(shè)備，而當(dāng)時(shí)ASML的制程可以達(dá)到90nm，這是采用了一種新型的、區(qū)別于Nikon、佳能的干式刻蝕鍍件的一種浸沒式鍍件，當(dāng)時(shí)這個(gè)技術(shù)使ASML優(yōu)于Nikon和佳能，同時(shí)也把90nm的市場(chǎng)提高到了65nm。

到了2010年以后，工藝進(jìn)化到22nm，工藝要求越高越突出浸沒式的優(yōu)勢(shì)，這成為ASML在工藝上比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手優(yōu)越的一個(gè)先決條件。根據(jù)摩爾定律，電子設(shè)備的性能每隔兩年會(huì)翻一番，2017年EUV的出現(xiàn)突破了10nm的瓶頸，使摩爾定律能夠延續(xù)下去。

EUV的研發(fā)耗人力、耗資源、耗資金、耗技術(shù)，這些都離不開大客戶的支持，比如三星、臺(tái)積電、Intel都是ASML的大股東，ASML采取與客戶同進(jìn)退的模式。這樣通過多年的研發(fā)，目前EUV可以做到7nm，甚至是5nm。EUV的使用可以使線更窄，也就是晶圓上單位面積布的線會(huì)更多，實(shí)現(xiàn)的功能也就更多，單位產(chǎn)生的效能更多，能耗也會(huì)降低。

5.目前EUV技術(shù)是否完全成熟？

EUV從2012年開始研究，到現(xiàn)在已基本成熟。2017年在光源上遇到了困難，設(shè)備需要又快又精準(zhǔn)地打進(jìn)金屬粒子，并且粒子要均勻地濺射出去，速度達(dá)到每秒6000下是非常困難的，普通的DUV光源無(wú)法實(shí)現(xiàn)。目前這個(gè)技術(shù)已經(jīng)完全攻克了。

6.ASML產(chǎn)能受限的原因？

主要是人力受限：光刻機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)非常消耗人力，尤其是EUV剛剛研發(fā)出來(lái)，對(duì)人力的消耗更大，目前都是調(diào)用的DUV的人員。

個(gè)性化定制并不會(huì)太影響產(chǎn)能：公司會(huì)提供各種options供客戶選擇，在簽訂訂單的時(shí)候就已經(jīng)談好客戶的設(shè)備里面需要加怎樣的option。并不是所有的option都非常復(fù)雜，只是在原有工藝的基礎(chǔ)上稍作修改，這不是影響產(chǎn)能釋放的決定性因素。

7.其他廠商在EUV方面有無(wú)進(jìn)展突破，他們的設(shè)備能達(dá)到多少制程？上海微電子光刻機(jī)的研發(fā)進(jìn)展如何？

尼康和佳能一開始有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在基本上只能達(dá)到42納米，尼康在日本本土能達(dá)到28納米。

上海微電子兩三個(gè)月前剛剛有一臺(tái)中低端的光刻機(jī)在客戶公司進(jìn)場(chǎng)，但技術(shù)上來(lái)說(shuō)只能做到8寸廠的工藝，并且在工藝的重復(fù)性以及光源上還相差甚遠(yuǎn)，暫時(shí)無(wú)法達(dá)標(biāo)。

8.目前中國(guó)客戶購(gòu)買的光刻機(jī)是什么樣的制程工藝，客戶類型什么？最近采購(gòu)有沒有明顯的增加？

國(guó)家大力支持半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，客戶以國(guó)企扶持或地方政府扶持居多。最近整體上看，福建晉華和合肥長(zhǎng)鑫這兩家的推進(jìn)速度較快，但是紫光投資的長(zhǎng)江存儲(chǔ)速度偏慢。ASML光刻機(jī)的交付進(jìn)入加速期，已經(jīng)開建和計(jì)劃開建的半導(dǎo)體廠很多都是比較先進(jìn)的12寸廠，有很大需求量，而ＡＳＭＬ在１２英寸高端工藝上擁有絕對(duì)的壟斷，所以裝機(jī)量是在飛速發(fā)展的。

9.目前12寸和8寸廠的熱度如何，未來(lái)拉動(dòng)12寸晶圓和8寸晶圓的主要驅(qū)動(dòng)力？

目前中國(guó)在8寸設(shè)備上取得了一些進(jìn)步，正在向12寸發(fā)展，但這條路還很長(zhǎng)。發(fā)展的腳步受到區(qū)塊鏈、AI、無(wú)人駕駛、消費(fèi)電子等需求的拉動(dòng)。比如說(shuō)在手機(jī)芯片中加入AI的功能，芯片中布的線越多，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能就越強(qiáng)大，人機(jī)互交的體驗(yàn)度就更好。這些都是下游需求拉動(dòng)對(duì)晶圓的技術(shù)要求。 

8寸晶圓和12寸晶圓的區(qū)別：8寸晶圓一般是65nm級(jí)別的技術(shù)，主要應(yīng)用于較為低端的芯片裝置，比如物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、部分顯卡等。對(duì)顯卡消耗較大的區(qū)塊鏈也一定程度上拉動(dòng)了對(duì)8寸晶圓的需求。

12寸晶圓一般用于高端的邏輯芯片（CPU\GPU等）和存儲(chǔ)芯片（DRAM\NAND等），終端下游為個(gè)人電腦、智能手機(jī)等。

10.在光刻環(huán)節(jié)有沒有國(guó)內(nèi)目前能做的產(chǎn)品，比如耗材等？

目前暫時(shí)沒有。在晶圓上涂的最簡(jiǎn)單的材料——光刻膠現(xiàn)在也是臺(tái)灣、日本等地區(qū)控制，首先他們資金量較大，能夠在新建的晶圓廠周邊配合建設(shè)光刻膠廠；其次在工藝上國(guó)內(nèi)也無(wú)法做到。

掩膜版像中芯國(guó)際等代工廠可以做，但是能夠?qū)崿F(xiàn)的功能比較簡(jiǎn)單；一般都是INTEL等公司自身產(chǎn)能不夠的時(shí)候，提供掩膜版讓代工廠照著上面設(shè)計(jì)好的圖形進(jìn)行光刻，這種掩膜版都是有專利版權(quán)的。

（*掩膜版是在薄膜、塑料或玻璃基體材料上制作各種功能圖形并精確定位，以便用于光致抗蝕劑涂層選擇性曝光的一種結(jié)構(gòu)。）