普仕曼科技

專注等離子體表面處理設(shè)備

質(zhì)量為根本
市場為導(dǎo)向
人才為核心

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行業(yè)動態(tài)

沒有光刻機，就沒有半導(dǎo)體！

日期：2019-07-27 13:46:57 點擊：0

作者 | 金捷幡

責(zé)編 | 胡巍巍

航空發(fā)動機一直被譽為人類頂尖工業(yè)皇冠上的明珠。但最近十年，不斷挑戰(zhàn)物理學(xué)極限的半導(dǎo)體光刻機，大有挑戰(zhàn)明珠之王的趨勢。

航發(fā)是在極端高溫高壓下挑戰(zhàn)材料和能量密度的極限，而光刻是在比頭發(fā)絲還細(xì)千倍的地方挑戰(zhàn)激光波長和量子隧穿的極限。

更難得的是，和低可靠性的航天高科技不同，航發(fā)和光刻的可靠性也是人類驕傲之花：前者保證了每天十萬架飛機在天空安全翱翔，后者在全球工廠每秒鐘刻出上千億個晶體管分毫不差。

震撼一下，看看芯片內(nèi)部 Credit: ASML，注：1nm=0.000000001米

1.引子

2000年，成立15年當(dāng)時排名世界第二的荷蘭ASML（阿斯麥）公司已經(jīng)成功占領(lǐng)韓國和臺灣市場，但還在琢磨怎么賣光刻機給那時芯片的絕對霸主英特爾（Intel）。

缺乏新一代157nm激光需要配置的反折射鏡頭技術(shù)也是讓ASML焦慮的地方。同時，在美國能源部和幾大芯片巨頭合建的EUV光刻聯(lián)盟里，ASML還只是個小配角。

這時下一代光刻技術(shù)發(fā)展會怎樣，整個半導(dǎo)體屆沒有人知道。

在轉(zhuǎn)折關(guān)頭，ASML決定另辟蹊徑，報價16億美元收購市值只有10億的硅谷集團(SVG)。

曾經(jīng)輝煌的SVG當(dāng)時在光刻機的市場份額只有不到8%，年營業(yè)額只有2.7億美元，而且193nm產(chǎn)品水平還遠(yuǎn)不如ASML。所以華爾街認(rèn)為ASML買貴了，ASML股價當(dāng)天暴跌7.5%。

然而從后來的結(jié)果看，ASML等于花錢買了光刻機行業(yè)最值錢的門票：英特爾的vendor code，同時搖晃了尼康(Nikon)的支柱。

此外，SVG擁有最成熟的157nm光學(xué)技術(shù)，等于ASML買了一個技術(shù)雙保險，這點后面會再詳述。

不過，別以為西方人都是一家子。這次收購仍遭到美國政府和商會的阻撓，美國國防部審查說ASML董事長在一個曾經(jīng)違反禁令偷偷賣夜視鏡給伊拉克的荷蘭公司當(dāng)過董事。

中國公司的老對手美國外國投資委員會最終在收購協(xié)議上加了一堆條件，其中包括不許收購SVG負(fù)責(zé)打磨鏡片的子公司Tinsley，以及保證各種技術(shù)和人才留在美國。

這些條件反而讓ASML順理成章地成為了半個美國公司，享受到美國強勁的基礎(chǔ)科學(xué)帶來的巨大好處，為多年后在EUV一支獨秀做了有力的鋪墊。

2.早期，60-70年代

光刻機的原理其實像幻燈機一樣簡單，就是把光通過帶電路圖的掩膜(Mask，后來也叫光罩)投影到涂有光敏膠的晶圓上。

早期60年代的光刻，掩膜版是1:1尺寸緊貼在晶圓片上，而那時晶圓也只有1英寸大小。

因此，光刻那時并不是高科技，半導(dǎo)體公司通常自己設(shè)計工裝和工具，比如英特爾開始是買16毫米攝像機鏡頭拆了用。

只有GCA、K&S和Kasper等很少幾家公司有做過一點點相關(guān)設(shè)備。

60年代末，日本的尼康和佳能開始進入這個領(lǐng)域，畢竟當(dāng)時的光刻不比照相機復(fù)雜。

70年代初，光刻機技術(shù)更多集中在如何保證十個甚至更多個掩膜版精準(zhǔn)地套刻在一起。

Kasper儀器公司首先推出了接觸式對齊機臺并領(lǐng)先了幾年，Cobilt公司做出了自動生產(chǎn)線，但接觸式機臺后來被接近式機臺所淘汰，因為掩膜和光刻膠多次碰到一起太容易污染了。

1973年，拿到美國軍方投資的Perkin Elmer公司推出了投影式光刻系統(tǒng)，搭配正性光刻膠非常好用而且良率頗高，因此迅速占領(lǐng)了市場。

1978年，GCA推出真正現(xiàn)代意義的自動化步進式光刻機(Stepper)，分辨率比投影式高5倍達到1微米。

這個怪怪的名字來自于照相術(shù)語Step and Repeat，這臺機器通俗點說把透過掩膜的大約一平方厘米的一束光照在晶圓上，曝光完一塊挪個位置再刻下一塊。

由于剛開始Stepper生產(chǎn)效率相對不高，Perkin Elmer在后面很長一段時間仍處于主導(dǎo)地位。

3.80年代，群雄爭霸

光刻機是個小市場，一年賣幾十臺的就算大廠了。因為半導(dǎo)體廠商就那么多，一臺機器又能用好多年。這導(dǎo)致你的機器落后一點，就沒人愿意買了。技術(shù)領(lǐng)先是奪取市場的關(guān)鍵，贏家通吃。

80年代一開始，GCA的Stepper還稍微領(lǐng)先，但很快尼康發(fā)售了自己首臺商用Stepper NSR-1010G，擁有更先進的光學(xué)系統(tǒng)極大提高了產(chǎn)能。兩家一起擠壓了其它廠商的份額，尤其是Perkin Elmer的投影式光刻。P&E的市場份額從80年超過3成快速跌到84年不到5%。

看過我寫的《內(nèi)存的故事》的朋友都知道，80年代是日本半導(dǎo)體最風(fēng)光的時候，本土幾乎每家大公司大財閥都進入了半導(dǎo)體業(yè)。這給尼康和佳能雙雄帶來巨大的后盾，并開始反攻美國市場。

由于GCA的鏡片組來自蔡司，不像尼康自己擁有鏡頭技術(shù)，合作的問題使得GCA產(chǎn)品更新方面一直落后了半拍。1982年，尼康在硅谷設(shè)立尼康精機，開始從GCA手里奪下一個接一個大客戶：IBM、Intel、TI、AMD等。

到了1984年，尼康已經(jīng)和GCA平起平坐，各享三成市占率。Ultratech占約一成，Eaton、P&E、佳能、日立等剩下幾家每家都不到5%。

為什么我們要特地看1984年呢？

首先我們致敬一下蘋果，震撼世界的廣告《1984》發(fā)布了第一代Mac(我現(xiàn)在打字電腦的老祖宗)。然后，請出我們故事的主角：ASML。

ASML被廣為傳播成是飛利浦分離的出來的，雖然不能說不對，但是和大家想象的那樣子還是不同的。

飛利浦在實驗室里研發(fā)出stepper的原型，但是不夠成熟。因為光刻市場太小，飛利浦也不能確認(rèn)它是否有商業(yè)價值，去美國和P&E、GCA、Cobilt、IBM等談了一圈沒人愿意合作。

有家荷蘭小公司叫ASM International的老板Arthur Del Prado聽說了有這么回事，主動要求合作。但這家代理出身的公司只有半導(dǎo)體前后道的經(jīng)驗，對光刻其實不太懂，等于算半個天使投資加半個分銷商。

飛利浦猶豫了一年時間，最后勉強同意了設(shè)立50:50的合資公司。1984年4月1日ASML成立的時候，只有31名員工，在飛利浦大廈外面的木板簡易房里工作。

ASML在頭一年只賣出一臺stepper，第二年賣出四臺。第一代產(chǎn)品不夠成熟，但是背靠飛利浦大樹的各種資源和容忍讓它生存了下來。

ASML在1985年和蔡司(Zeiss)合作改進光學(xué)系統(tǒng)，終于在1986年推出非常棒的第二代產(chǎn)品PAS-2500，并第一次賣到美國給當(dāng)時的創(chuàng)業(yè)公司Cypress，今天的Nor Flash巨頭。

有意思的是，1986年半導(dǎo)體市場大滑坡（比如光三星半導(dǎo)體就虧了3億美元），導(dǎo)致美國一幫光刻機廠商都碰到嚴(yán)重的財務(wù)問題。ASML還小，所以損失不大，還可以按既有計劃開發(fā)新產(chǎn)品。同期，GCA和P&E的新產(chǎn)品開發(fā)都停滯了下來。

1988年GCA資金嚴(yán)重匱乏被General Signal收購，又過了幾年GCA找不到買主被關(guān)閉。General Signal旗下另外一家Ultratech最終被MBO，但是規(guī)模也不大了。1990年，P&E光刻部也支撐不下去被賣給SVG。

1980年還占據(jù)大半壁江山的美國三雄，到80年代末地位完全被日本雙雄取代。這時ASML還只有大約10%的市場占有率。

4.波長的競爭

忽略掉美國被邊緣化的SVG、Ultratech等公司，90年代一直到現(xiàn)在的格局，一直是ASML和尼康的競爭，佳能在旁邊看熱鬧。

所以我們要開始講一點點技術(shù)了。

半導(dǎo)體領(lǐng)域的原生驅(qū)動力是摩爾定律。摩爾定律其實應(yīng)該被叫做摩爾預(yù)言，這個預(yù)言中間還改過一次。

戈登·摩爾博士1965年最早的預(yù)言是集成電路密度每年翻倍，而1975年他自己改成每兩年翻倍。

有人說，這是人類歷史上最偉大的“自我實現(xiàn)的預(yù)言”，因為英特爾就是照著這個預(yù)言一路狂奔數(shù)十年，直到光刻技術(shù)被卡在193nm上十多年變成網(wǎng)友說的“牙膏廠”。

為了實現(xiàn)摩爾定律，光刻技術(shù)就需要每兩年把曝光關(guān)鍵尺寸(CD)降低30%-50%。根據(jù)瑞利公式：CD=k1*(λ/NA)，我們能做的就是降低波長λ，提高鏡頭的數(shù)值孔徑NA，降低綜合因素k1。

搞更短的波長是最直接的手段。90年代前半期，光刻開始使用波長350nm i-line，后半期開始使用248nm的KrF激光。

激光的可用波長就那么幾個，00年代光刻開始使用193nm波長的DUV激光，這就是著名的ArF準(zhǔn)分子激光，包括近視眼手術(shù)在內(nèi)的多種應(yīng)用都應(yīng)用這種激光，相關(guān)激光發(fā)生器和光學(xué)鏡片等都比較成熟。

但誰也沒想到，光刻光源被卡在193nm無法進步長達20年。直到今天，我們用的所有手機電腦主芯片仍舊是193nm光源光刻出來的。

90年代末，科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)界提出了各種超越193nm的方案，其中包括157nm F2激光，電子束投射(EPL)，離子投射(IPL)、EUV(13.5nm)和X光，并形成了以下幾大陣營：

157nm F2：每家都研究，但SVG和尼康離產(chǎn)品化最近。157nm光會被現(xiàn)有193nm機器用的鏡片吸收，光刻膠也要重新研制，所以改造難度極大，而對193nm的波長進步只有不到25%，研發(fā)投入產(chǎn)出比太低。ASML收購SVG后獲取了反射技術(shù)，2003年終于出品了157nm機器，但錯過時間窗口完敗于低成本的浸入式193nm。
13.5nm EUV LLC：英特爾，AMD，摩托羅拉和美國能源部。ASML、英飛凌和Micron后來加入。關(guān)于EUV，我放到后面在說吧。
1nm 接近式X光：日本陣營(ASET, Mitsubishi, NEC, Toshiba, NTT)和 IBM。這算是個浪漫陣營吧，大家就沒想過產(chǎn)業(yè)化的事。
0.004nm EBDW或EPL: 朗訊Bell實驗室，IBM，尼康。ASML和應(yīng)用材料被邀請加入后又率先退出。這是尼康和ASML對決的選擇，尼康試圖直接跨越到未來技術(shù)擊敗ASML，但可惜這個決戰(zhàn)應(yīng)該發(fā)生在2020年而不是2005年，尼康沒有選錯技術(shù)但是選錯了時間。尼康最重要的技術(shù)盟友IBM在2001年也分心加入了EUV聯(lián)盟。
0.00005nm IPL: 英飛凌、歐盟。ASML和萊卡等公司也有參與。離子光刻從波長來看是最浪漫的，然而光刻分辨率不光由波長決定，還要看NA。人類現(xiàn)有科技可用離子光刻的光學(xué)系統(tǒng)NA是0.00001，比193nm的NA=0.5～1.5剛好差10萬倍，優(yōu)勢被抵消了。

以上所有努力，幾乎全部失敗了。

它們敗給了一個工程上最簡單的解決辦法，在晶圓光刻膠上方加1mm厚的水。水可以把193nm的光波長折射成134nm。

浸入式光刻成功翻越了157nm大關(guān)，直接做到半周期65nm。加上后來不斷改進的高NA鏡頭、多光罩、FinFET、Pitch-split、波段靈敏的光刻膠等技術(shù)，浸入式193nm光刻機一直做到今天的7nm(蘋果A12和華為麒麟980)。

2002年臺積電的林本堅博士在一次研討會上提出了浸入式193nm的方案，隨后ASML在一年的時間內(nèi)就開發(fā)出樣機，充分證明了該方案的工程友好性。

隨后，臺積電也是第一家實現(xiàn)浸入式量產(chǎn)的公司，隨后終于追上之前制程技術(shù)遙遙領(lǐng)先的英特爾，林博士因此獲得了崇高的榮譽和各種獎項。

MIT的林肯實驗室似乎不服氣，他們認(rèn)為自己在2001年就提出了這個浸入式方案。ASML似乎也沒有在任何書面說明自己開發(fā)是受林博士啟發(fā)。

其實油浸鏡頭改變折射率的方式由來已久，產(chǎn)業(yè)界爭論是誰的想法在先從來不重要，行勝于言。林博士的貢獻是臺積電和ASML通力合作把想法變成了現(xiàn)實。

5.日荷爭霸

在ASML推出浸入式193nm產(chǎn)品的前后腳，尼康也宣布自己的157nm產(chǎn)品以及EPL產(chǎn)品樣機完成。然而，浸入式屬于小改進大效果，產(chǎn)品成熟度非常高，所以幾乎沒有人去訂尼康的新品。尼康被迫隨后也宣布去做浸入式光刻機。

之前我們提到光刻領(lǐng)域是贏家通吃，新產(chǎn)品總是需要至少1-3年時間由前后道多家廠商通力磨合。別人比你早量產(chǎn)就比你多了時間去改善問題和提高良率。

光刻機就像印鈔機，材料成本可以忽略不計，而時間就像金子一樣珍貴。

半導(dǎo)體廠商更愿意去買成熟的ASML產(chǎn)品，不想去給尼康當(dāng)白鼠。

這導(dǎo)致后面尼康的大潰敗。尼康在2000年還是老大，但到了2009年ASML已經(jīng)市占率近7成遙遙領(lǐng)先。尼康新產(chǎn)品的不成熟，也間接關(guān)聯(lián)了大量使用其設(shè)備的日本半導(dǎo)體廠商的集體衰敗。

佳能在光刻領(lǐng)域一直沒爭過老大。當(dāng)年它的數(shù)碼相機稱霸世界利潤很好，對一年銷量只有百來臺的光刻機重視不夠。

佳能的思路是一款產(chǎn)品要賣很久，他們一看193nm尼康和ASML打得太厲害就直接撤了。直到現(xiàn)在佳能還在賣350nm和248nm的產(chǎn)品，給液晶面板以及模擬器件廠商供貨。

尼康在浸入式一戰(zhàn)敗下來就徹底沒有還手之力了，因為接下來EUV的開發(fā)需要投入巨資而且前景未卜，英特爾倒向ASML使得尼康失去了挑戰(zhàn)摩爾定律的勇氣。

6.EUV光刻機

7.國產(chǎn)光刻機的希望

以下內(nèi)容來源：「國君電子王聰/張?zhí)炻劇?/strong>

1、光刻設(shè)備中國龍頭，各方扶持蓄力發(fā)展

1.1上海微電子技術(shù)先進，是中國光刻設(shè)備龍頭廠商

上海微電子是在國家科技部和上海市政府共同推動下，由國內(nèi)多家企業(yè)集團和投資公司共同投資組建的高科技企業(yè)。公司成立于2002年，主要從事半導(dǎo)體裝備、泛半導(dǎo)體裝備以及高端智能裝備的設(shè)計制造銷售，其中光刻設(shè)備是公司的主營業(yè)務(wù)。公司在光刻設(shè)備領(lǐng)域擁有全國最先進的技術(shù)。目前公司光刻機可以應(yīng)用于集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中晶圓制造、封裝測試，以及平板顯示、高亮度 LED 等領(lǐng)域。

1.2公司在大陸市場份額高，業(yè)績逐漸向好

公司是大陸光刻設(shè)備龍頭企業(yè)。目前公司所研發(fā)的高端前道光刻機實現(xiàn)90nm制程。在中端先進封裝光刻機和LED光刻機領(lǐng)域，公司技術(shù)領(lǐng)先，在中國大陸市場份額已經(jīng)超過80%。其先進封裝光刻機率先實現(xiàn)量產(chǎn)并遠(yuǎn)銷海外市場，獲得多項大獎和技術(shù)認(rèn)證廣受業(yè)內(nèi)認(rèn)可。根據(jù)芯思想數(shù)據(jù)，上海微電子2018年出貨大概在50-60臺之間。

根據(jù)中國半導(dǎo)體協(xié)會，公司在半導(dǎo)體設(shè)備商中排名第5，是唯一上榜的專門研究銷售光刻機的廠商。

公司具有強大的研發(fā)團隊，自主創(chuàng)新能力不斷提升。在國家的大力支持下，公司不斷通過引進優(yōu)秀的人才壯大核心團隊以進一步提升公司的競爭力和產(chǎn)品研發(fā)效率。根據(jù)國投高新，上海微電子目前研發(fā)隊伍不斷壯大，其中包括擁有卓越才能的國家千人計劃專家、上海市科技領(lǐng)軍人才、上海市技術(shù)學(xué)科帶頭人等重量級專業(yè)人才。根據(jù)企查查數(shù)據(jù)，公司近年來專利發(fā)布數(shù)量呈增長態(tài)勢，這也顯示出上微自主創(chuàng)新能力不斷提升。截至2018年12月，SMEE直接持有各類專利及專利申請超過2400項，同時公司通過建設(shè)并參與產(chǎn)業(yè)知識產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟，進一步整合共享了大量聯(lián)盟成員知識產(chǎn)權(quán)資源，涉及光刻設(shè)備、激光應(yīng)用、檢測類、特殊應(yīng)用類等各大產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，全面覆蓋產(chǎn)品的主要銷售地域，使得公司競爭實力不斷提升。公司是國家重點扶持企業(yè)。上海微電子在國家02專項的支持下積極布局光刻機制造。

上海微電子積極為 IPO 做準(zhǔn)備。根據(jù)證監(jiān)會公布的《上海微電子裝備（集團）股份有限公司輔導(dǎo)備案基本情況表》，公司已經(jīng)在 2017 年 12 月27 日與中信建投證券股份有限公司簽署輔導(dǎo)協(xié)議并進行輔導(dǎo)備案。

1.3公司實控人是上海國資委

公司最大股東為上海電氣，股本占比達到32.09%。上海市國資委是公司的實際控制人，其通過電氣集團、上海科投、泰力投資等股東合計持有公司 53.49%的股權(quán)。公司擁有4家全資子公司以及一家參股子公司。

2、光刻機：高壁壘資本密集核心設(shè)備，市場廣闊龍頭集中

2.1光刻技術(shù)是實現(xiàn)先進制程的關(guān)鍵設(shè)備

光刻機應(yīng)用廣泛，包括IC前道光刻機、用于封裝的后道光刻機以及用于LED領(lǐng)域及面板領(lǐng)域的光刻機等等。封裝光刻機對于光刻的精度要求低于前道光刻要求，面板光刻機與IC前道光刻機工藝相比技術(shù)精度也更低，一般為微米級。IC前道光刻機技術(shù)最為復(fù)雜，光刻工藝是IC 制造的核心環(huán)節(jié)，利用光刻技術(shù)可以將掩模版上的芯片電路圖轉(zhuǎn)移到硅片上。光刻機是一種投影曝光系統(tǒng)，包括光源、光學(xué)鏡片、對準(zhǔn)系統(tǒng)等。在制造過程中，通過投射光束，穿過掩膜板和光學(xué)鏡片照射涂敷在基底上的光敏性光刻膠，經(jīng)過顯影后可以將電路圖最終轉(zhuǎn)移到硅晶圓上。

光刻機分為無掩模光刻機和有掩模光刻機。無掩模光刻機可分為電子束直寫光刻機、離子束直寫光刻機、激光直寫光刻機。電子束直寫光刻機可以用于高分辨率掩模版以及集成電路原型驗證芯片等的制造，激光直寫光刻機一般是用于小批量特定芯片的制造。有掩模光刻機分為接觸/接近式光刻機和投影式光刻機。接觸式光刻和接近式光刻機出現(xiàn)的時期較早，投影光刻機技術(shù)更加先進，圖形比例不需要為1:1，減低了掩膜板制作成本，目前在先進制程中廣泛使用。隨著曝光光源的改進，光刻機工藝技術(shù)節(jié)點不斷縮小。

目前最先進的光刻機來自ASML的EUV光刻機，采用13.5nm光源，最小可以實現(xiàn)7nm的制程。此設(shè)備的開發(fā)難度更高，使用條件更復(fù)雜目前只有ASML攻破此項技術(shù)。因為所有物質(zhì)吸收EUV輻射，用于收集光（收集器），調(diào)節(jié)光束（照明器）和圖案轉(zhuǎn)移（投影光學(xué)器件）的光學(xué)器件必須使用高性能鉬硅多層反射鏡，并且必須容納整個光學(xué)路徑在近真空環(huán)境中，整個設(shè)備十分復(fù)雜。

芯片尺寸的縮小以及性能的提升依賴于光刻技術(shù)的發(fā)展。光刻設(shè)備光源波長的進一步縮小將推動先進制程的發(fā)展，進而降低芯片功耗以及縮小芯片的尺寸。根據(jù)International Society for Optics and Photonics以及VLSI Research研究發(fā)現(xiàn)，高精度EUV光刻機的使用將使die和wafer的成本進一步減小，但是設(shè)備本身成本也會增長。

目前光刻工藝是IC 制造中最關(guān)鍵也是最復(fù)雜步驟，光刻機是目前成本最高的半導(dǎo)體設(shè)備，光刻工藝也是制造中占用時間比最大的步驟。其約占晶圓生產(chǎn)線設(shè)備成本30%，占芯片制造時間40%-50%。以光刻機行業(yè)龍頭ASML為例，其研發(fā)投入每年在10億歐元左右，并且逐年增長。

高端EUV價格不斷攀升。根據(jù)芯思想，2018年單臺EUV平均售價1.04億歐元，較2017年單臺平均售價增長4%。而在2018年一季度和第四季的售價更是高達1.16億歐元。

2.2光刻機市場空間廣闊，高低端市場格局迥異

2.2.1. 光刻機市場龍頭集中，中低端市場廣闊競爭激烈

光刻機設(shè)備市場龍頭集中，EUV光刻機被ASML壟斷。全球光刻機出貨量99%集中在ASML，尼康和佳能。其中ASML份額最高，達到67.3%，且壟斷了高端EUV光刻機市場。ASML技術(shù)先進離不開高投入，其研發(fā)費用率始終維持在15%-20%，遠(yuǎn)高于Nikon和Canon。

ASML在高端EUV、ArFi、ArF機型市場占有率不斷提升。2017年ASML上述三種機型出貨量總計為101臺，市場份額占比為78.29%，到2018年ASML出貨量增長到120臺，市場份額約90% 。2018年ASML共出貨224臺光刻機，較2017年198年增加26臺，增長13.13%。Nikon2018年度（非財年）光刻機共出貨106臺，半導(dǎo)體用光刻機出貨36臺，同比增長33.33%，面板（FPD）用光刻機出貨70臺。2018年Canon光刻機出貨183臺，同比增1.6%。半導(dǎo)體用光刻機出貨達114臺，增長62.85%。但是主要是i-line、KrF兩個低端機臺出貨，其面板（FPD）用光刻機出貨69臺。

IC前道光刻機國產(chǎn)化嚴(yán)重不足。目前國內(nèi)光刻機處于技術(shù)領(lǐng)先的是上海微電子，其最先進的ArF光源光刻機節(jié)點為90nm，中國企業(yè)技術(shù)整體較為落后，在先進制程方面與國外廠商仍有較大差距。

Nikon 和 Canon 目前在高端市場技術(shù)與 ASML 相差甚遠(yuǎn)幾乎完全退出市場，Canon 也退出了 ArF 光源光刻機研發(fā)與銷售，將其業(yè)務(wù)重點集中于中低端光刻機市場，包括封裝光刻機、LED 光刻機以及面板光刻機等，與復(fù)雜的 IC 前道制造相比，工藝要求和技術(shù)壁壘較低。

封裝光刻機技術(shù)不斷發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。與前端區(qū)域相關(guān)。翹曲處理以及異質(zhì)材料對光刻技術(shù)構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。此外，一些MEMS制造設(shè)備需要精確的層層對準(zhǔn)，步進和掩模對準(zhǔn)器是目前大批量制造中使用的兩種主要光刻技術(shù)。激光直接成像（LDI）和激光燒蝕等新的光刻技術(shù)也不斷涌現(xiàn)。

中低端光刻機需求量不斷增長，市場競爭加劇。根據(jù)Yole,2015-2020年先進封裝、MEMS以及LED光刻機出貨量將持續(xù)增長，預(yù)計到2020年總數(shù)將超過250臺/年。中低端市場的不斷增長主要受先進封裝的推動，隨著步進技術(shù)發(fā)展，2015年到2020年先進封裝光刻設(shè)備出貨量年復(fù)合增長率達到15%。MEMS光刻市場主要受益于IC前道制造光刻機的重復(fù)使用與改裝。中低端光刻機市場規(guī)模的不斷擴大和相對于前道制造較低的技術(shù)壁壘，競爭者數(shù)目較多，目前尼康與佳能是中低端市場兩大龍頭。

2.2.2.半導(dǎo)體產(chǎn)線升級為光刻設(shè)備帶來更大需求

晶圓尺寸變大和制程縮小將使產(chǎn)線所需的設(shè)備數(shù)量加大，性能要求變高。12寸晶圓產(chǎn)線中所需的光刻機數(shù)量相較于8寸晶圓產(chǎn)線將進一步上升，先進制程的發(fā)展將進一步提升對于光刻機性能的要求。

隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和建廠潮的推動和邊際需求改善，光刻設(shè)備市場將不斷增長。根據(jù)Varianat Market Research，到2025年全球光刻設(shè)備市場規(guī)模估計將達到4.917億美元; 從2017年到2025年的復(fù)合年增長率將達到為15.8％。

3、對接多元光刻機市場需求，積極開拓封裝、LED和平板顯示光刻機業(yè)務(wù)

3.1公司前道光刻機差距較大，后道封裝光刻機優(yōu)勢明顯

3.1.1.公司前道光刻機與國際先進水平差距較大

公司IC前道光刻機技術(shù)與國際先進水平差距明顯。 IC前道光刻機研發(fā)迭代周期長，耗資巨大，目前國際IC前道光刻機霸主ASML已實現(xiàn)7 nm EUV光刻先進工藝，而國內(nèi)龍頭上海微電子由于起步較晚且技術(shù)積累薄弱，目前技術(shù)節(jié)點為90 nm，且多以激光成像技術(shù)為主，客觀上與國際先進水平存在較大差距。

依托國家專項公司率先實現(xiàn)90 nm制程，未來有望逐步實現(xiàn)45、28 nm。公司自2002年創(chuàng)立至今積極投入IC前道光刻機產(chǎn)品研發(fā)，公司600系列步進掃描投影光刻機采用四倍縮小倍率的投影物鏡、工藝自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平技術(shù)，及高速高精的自減振六自由度工件臺掩模臺技術(shù)，可滿足IC前道制造90nm、110nm、280nm光刻工藝需求，適用于8、12寸線的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。目前公司90nm 制程的IC前道光刻機樣機已通過專家組現(xiàn)場測試，而90 nm為光刻機的一個技術(shù)臺階，邁過 90 nm這一臺階就很容易實現(xiàn) 65 nm，再對 65 nm升級就可以實現(xiàn) 45 nm制程。在國家重大科技專項的支持下，上海微電子的IC前道光刻機有望在未來幾年實現(xiàn) 45 nm、28 nm制程，逐步縮小與國際先進水平的差距。

3.1.2.公司封裝光刻機技術(shù)先進，未來將依托于廣闊市場不斷發(fā)展

SIP封裝市場快速發(fā)展，公司封裝光刻機市場空間廣闊。 SIP封裝（System In a Package系統(tǒng)級封裝）將一個或多個IC芯片及被動器件整合到同一封裝中，成為了IC封裝領(lǐng)域最高端的一種先進封裝技術(shù)。在電子設(shè)備小型化、5G、IOT和市場周期變短等的多重因子推動下，SIP市場規(guī)模迅速擴張，2016年全球系統(tǒng)級封裝市場規(guī)模為54.4億美元，預(yù)計到2023年有望達90.7億美元，2016-2023年復(fù)合增長率達7.58%，SIP先進封裝市場保持快速發(fā)展。

公司封裝光刻機滿足各類先進封裝工藝需求，國內(nèi)及全球市占率分別達80%和40%。全球SIP需在不同芯片或器件間打通電流通路，節(jié)點不能過于精細(xì)，否則焦深不足將無法穿透，公司主打的500系列IC后道封裝光刻機正好滿足這一要求。公司500系列封裝光刻機國內(nèi)領(lǐng)先，關(guān)鍵指標(biāo)達到或接近國際先進水平，具備超大視場，高產(chǎn)率生產(chǎn)、支持翹曲片鍵合片曝光、高精度套刻及溫控、多種雙面對準(zhǔn)和紅外可見光測量等特征，可以滿足各類先進封裝工藝的需求。公司封裝光刻機已實現(xiàn)批量供貨，公司已成為長電科技、日月光半導(dǎo)體、通富微電等封測龍頭企業(yè)的重要供應(yīng)商，并出口海外市場，國內(nèi)市場占有率高達80%，全球市場占有率達40%。

3.2國內(nèi)LED市場需求快速增長，公司LED光刻機性能指標(biāo)領(lǐng)先

國內(nèi)LED市場快速擴張，推動LED光刻機需求增長。隨著LED行業(yè)產(chǎn)能逐漸向中國轉(zhuǎn)移，中國LED市場規(guī)?？焖僭鲩L，從2011年的1545億元增長至2017年LED市場規(guī)模達到5509億元，復(fù)合年增長率達23.6%，且LED行業(yè)趨勢轉(zhuǎn)好，市場規(guī)模增長率連續(xù)七年超10%。國內(nèi)快速擴張的LED市場規(guī)模，將進一步推動國內(nèi)LED光刻機需求。

公司LED/MEMS/功率器件光刻機性能指標(biāo)領(lǐng)先，LED光刻機市占率第一。公司300系列步進投影光刻機面向6英寸以下中小基底先進光刻應(yīng)用領(lǐng)域，具備高分辨率（0.8um）、高速在線Mapping、高精度拼接及套刻、多尺寸基底自適應(yīng)、完美匹配Aligner和高產(chǎn)能等特征，滿足HB-LED、MEMS和Power Devices等領(lǐng)域單雙面光刻工藝需求，公司LED光刻機各項性能指標(biāo)占據(jù)市場領(lǐng)先地位，其中用于LED 制造的投影光刻機市場占有率第一。

3.3國內(nèi)FPD產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，公司積極開拓FPD光刻機市場

國內(nèi)FPD產(chǎn)業(yè)處于高速發(fā)展階段，市場發(fā)展空間巨大。隨著國內(nèi)FPD生產(chǎn)線的建設(shè)和陸續(xù)投產(chǎn)及下游電子設(shè)備應(yīng)用多元化發(fā)展，我國FPD產(chǎn)業(yè)步入快速發(fā)展時期，產(chǎn)能持續(xù)增長。據(jù)商務(wù)部數(shù)據(jù)顯示，2013年國內(nèi)FPD產(chǎn)能僅為22百萬平方米，而2017年國內(nèi)產(chǎn)能迅速增長到96百萬平方米，2013-2017年成長率高達336.36%，預(yù)計2020年我國FPD產(chǎn)能將達到194百萬平方米，2013-2020年復(fù)合增長率達36.48%，F(xiàn)PD市場保持高速增長，發(fā)展空間巨大。

國內(nèi)FPD產(chǎn)能全球占比持續(xù)提升，至2017年中國成為全球第二大FPD供應(yīng)區(qū)。在FPD產(chǎn)業(yè)逐漸向中國大陸轉(zhuǎn)移和中國大陸以京東方為首的FPD廠商投資力度加大的雙重作用下，國內(nèi)FPD產(chǎn)能全球占比持續(xù)提升。據(jù)商務(wù)部數(shù)據(jù)顯示，2013年國內(nèi)FPD產(chǎn)能全球占比僅為13.9%，2017年國內(nèi)FPD產(chǎn)能全球占比上升至34%，2013-2017年增長率達144.60%，中國躍升為全球第二大FPD供應(yīng)區(qū)，預(yù)計2020年國內(nèi)FPD產(chǎn)能全球占比將提高至52%，屆時中國將成為全球最大的FPD生產(chǎn)基地。

尼康、佳能FPD光刻技術(shù)優(yōu)勢明顯，基本壟斷了FPD光刻機市場。目前尼康和佳能受ASML擠壓基本已退至20億美金規(guī)模的低端平板顯示光刻機市場，但兩者在FPD光刻領(lǐng)域具有絕對的技術(shù)優(yōu)勢。

尼康FPD光刻技術(shù)優(yōu)勢：尼康在目前全球FPD光刻系統(tǒng)市場中占有最高份額；尼康FPD光刻系統(tǒng)采用多鏡頭掃描方法，實現(xiàn)了較高的精度和生產(chǎn)效率；隨著玻璃板每年變大，允許從它們切割更多數(shù)量的面板，有必要提高生產(chǎn)率，從而可以通過單次曝光來圖案化更寬區(qū)域上的電路。尼康公司基于其獨特的技術(shù)開發(fā)了多鏡頭系統(tǒng)來解決這一問題，為了有效曝光，尼康將多個鏡頭排成兩排，覆蓋了很大的曝光面積，最大的尼康FPD光刻系統(tǒng)FX -101有多達14個鏡頭排列成行，這些鏡頭被精確控制為一個巨大的鏡頭；目前最大的第10代玻璃板的尺寸達3.13×2.88米，尼康為這款Gen 10平板配備了尖端的FX-101S系統(tǒng)，能夠有效地生產(chǎn)超過60英寸的大尺寸面板；制造高清晰度FPD需要各種技術(shù)，包括通過透鏡的精確曝光，玻璃板的精確定位，玻璃板表面變形的測量和調(diào)整，尼康獨立開發(fā)了這些技術(shù)并將其應(yīng)用于FPD光刻系統(tǒng)，同時實現(xiàn)了高精度和高生產(chǎn)率；自1986年尼康在FPD制造領(lǐng)域推出NSR-L7501G以來，尼康開發(fā)并銷售了大量的FPD光刻系統(tǒng)，尼康不僅是大型FPDs光刻系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者，而且還為智能手機和平板電腦生產(chǎn)中小型高清FPDs提供理想的型號；

佳能FPD光刻技術(shù)優(yōu)勢：由于弧形的成像范圍使得獲得最佳成像特性成為可能，佳能的設(shè)備可以掃描弧形的曝光區(qū)域，從而在大面積范圍內(nèi)獲得高分辨率的性能；通過同時使用AS和OAS方法來觀察失真，佳能的混合對準(zhǔn)系統(tǒng)可以進一步提高檢測時間和更精確的測量；為了解決之前曝光過程中產(chǎn)生的模式失真，佳能的高精度速度平臺對掃描速度和方向進行了微調(diào)，在曝光過程中修正光刻板上的掩模圖形；利用非線性失真校正技術(shù)結(jié)合掃描校正機制，可以處理襯底上各種形狀的變形，并更準(zhǔn)確地將其與掩模上的圖案對齊。

公司積極參與FPD光刻機市場競爭，實現(xiàn)首臺4.5代TFT投影光刻機進入用戶生產(chǎn)線。公司200系列投影光刻機采用先進的投影光刻機平臺技術(shù)，專用于AM-OLED和LCD顯示屏TFT電路制造，具備高精度（1.5um）、支持小Mask（6英寸）降低用戶使用成本和智能化校準(zhǔn)及診斷特征，可應(yīng)用于2.5代～6代的TFT顯示屏量產(chǎn)線。目前市場主流的OLED量產(chǎn)機型為6代，研發(fā)機型為2.5或4.5代，由于尼康及佳能不提供6代以下機型，公司6代以下機型全球領(lǐng)先。

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