2019年中國光刻機行業(yè)市場(chǎng)現狀、行業(yè)格局及發(fā)展趨勢分析

  光刻技術(shù)指利用光學(xué)-化學(xué)反應原理,將電路圖轉移到晶圓表面的工藝技術(shù),光刻機是光刻工序中的一種投影曝光系統。其包括光源、光學(xué)鏡片、對準系統等。在制造過(guò)程中,通過(guò)投射光束,穿過(guò)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(guò)顯影后可以將電路圖最終轉移到硅晶圓上。

光刻工藝步驟繁多

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一、市場(chǎng)現狀及行業(yè)格局

    光刻機分為無(wú)掩模光刻機和有掩模光刻機。(1)無(wú)掩模光刻機可分為電子束直寫(xiě)光刻機、離子束直寫(xiě)光刻機、激光直寫(xiě)光刻機。電子束直寫(xiě)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(xiě)光刻機一般是用于小批量特定芯片的制造。(2)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的時(shí)期較早,投影光刻機技術(shù)更加先進(jìn),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(jìn)制程中廣泛使用。

    隨著(zhù)曝光光源的改進(jìn),光刻機工藝技術(shù)節點(diǎn)不斷縮小。光刻設備從光源(從最初的g-Line,i-Line發(fā)展到EUV)、曝光方式(從接觸式到步進(jìn)式,從干式投影到浸沒(méi)式投影)不斷進(jìn)行著(zhù)改進(jìn)。

光刻機經(jīng)歷了五代發(fā)展

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目前光刻機主要可以分為IC前道制造光刻機(市場(chǎng)主流)、IC后道先進(jìn)封裝光刻機、LED/MEMS/PowerDevices制造用光刻機以及面板光刻機。其中IC前道光刻機需求量和價(jià)值量都最高,但是技術(shù)難度最大。而封裝光刻機對于光刻的精度要求低于前道光刻要求,面板光刻機主要用在薄膜晶體管制造中,與IC前道光刻機相比技術(shù)難度更低。

IC前道光刻機技術(shù)最為復雜,光刻工藝是IC制造的核心環(huán)節也是占用時(shí)間比最大的步驟,光刻機是目前晶圓制造產(chǎn)線(xiàn)中成本最高的半導體設備。光刻設備約占晶圓生產(chǎn)線(xiàn)設備成本27%,光刻工藝占芯片制造時(shí)間40%-50%。高精度EUV光刻機的使用將使die和wafer的成本進(jìn)一步減小,但是設備本身成本也會(huì )增長(cháng)。

光刻機是晶圓制造產(chǎn)線(xiàn)中的高投入型設備

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利用高端光刻機實(shí)現的先進(jìn)制程可以進(jìn)一步降低芯片尺寸和成本,但是設備成本會(huì )增長(cháng)

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    光刻設備量?jì)r(jià)齊升帶動(dòng)光刻設備市場(chǎng)不斷增長(cháng)。一方面,隨著(zhù)芯片制程的不斷升級,IC前道光刻機價(jià)格不斷攀升。目前最先進(jìn)的EUV設備在2018年單臺平均售價(jià)高達1.04億歐元,較2017年單臺平均售價(jià)增長(cháng)4%。另一方面,晶圓尺寸變大和制程縮小將使產(chǎn)線(xiàn)所需的設備數量加大,性能要求變高。12寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)中所需的光刻機數量相較于8寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)將進(jìn)一步上升。同時(shí)預計2020年隨著(zhù)半導體產(chǎn)線(xiàn)得到持續擴產(chǎn),光刻機需求也將進(jìn)一步加大。

12寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)需要的光刻設備更多

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    光刻機采購節奏是內資產(chǎn)線(xiàn)資本支出的關(guān)鍵信號。內資產(chǎn)線(xiàn)一般會(huì )優(yōu)先采購價(jià)值量和技術(shù)難度最高的光刻機。從長(cháng)江存儲、華力微、華虹無(wú)錫、中芯紹興以及株洲中車(chē)的光刻機采購情況來(lái)看,各產(chǎn)線(xiàn)2019Q4至今光刻機合計采購量可觀(guān),預示其2020年內資產(chǎn)線(xiàn)資本支出將進(jìn)一步提升。

光刻機采購節奏是內資產(chǎn)線(xiàn)資本支出的關(guān)鍵信號

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    ASML、佳能以及尼康是光刻機主要供應商,其中ASML在高端市場(chǎng)一家獨大并且壟斷EUV光刻機。從光刻機總體出貨量來(lái)看(含非IC前道光刻機),目前全球光刻機出貨量99%集中在A(yíng)SML,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(chǎng)。ASML技術(shù)先進(jìn)離不開(kāi)高投入,其研發(fā)費用率始終維持在15%-20%,遠高于Nikon和Canon。

三大光刻機設備巨頭市場(chǎng)份額變化情況

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ASML研發(fā)費用率最高

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    除了應用于IC前道的光刻機之外,封裝光刻機以及LED/MEMS/功率器件光刻機利基市場(chǎng)也不斷發(fā)展。

    智研咨詢(xún)發(fā)布的《2020-2026年中國光刻機行業(yè)市場(chǎng)競爭力分析及投資前景趨勢報告》數據顯示:從需求量來(lái)看,先進(jìn)封裝光刻機市場(chǎng)需求更大且增速最高,是利基市場(chǎng)的主要拉動(dòng)力量。2015-2020年先進(jìn)封裝、MEMS以及LED光刻機出貨量將持續增長(cháng),預計到2020年總需求量將超過(guò)250臺/年。

    2015年到2020年先進(jìn)封裝光刻設備出貨量年復合增長(cháng)率達到15%。MEMS光刻機需求量復合增速約9%左右。

先進(jìn)封裝、MEMS、LED光刻機出貨量將不斷上升

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    光刻機還可以用于面板(FPD)領(lǐng)域,國內FPD產(chǎn)業(yè)處于高速發(fā)展階段,市場(chǎng)發(fā)展空間巨大。隨著(zhù)國內FPD生產(chǎn)線(xiàn)的建設和陸續投產(chǎn)及下游電子設備應用多元化發(fā)展,我國FPD產(chǎn)業(yè)步入快速發(fā)展時(shí)期,產(chǎn)能持續增長(cháng)。預計2020年我國FPD產(chǎn)能將達到194百萬(wàn)平方米,2013-2020年復合增長(cháng)率達36.48%,FPD市場(chǎng)保持高速增長(cháng),發(fā)展空間巨大。

    國內FPD產(chǎn)能全球占比持續提升。在FPD產(chǎn)業(yè)逐漸向中國大陸轉移和中國大陸以京東方為首的FPD廠(chǎng)商投資力度加大的雙重作用下,國內FPD產(chǎn)能全球占比持續提升。中國躍升為全球第二大FPD供應區,預計2020年國內FPD產(chǎn)能全球占比將提高至52%,屆時(shí)中國將成為全球最大的FPD生產(chǎn)基地。

2013-2020年中國FPD產(chǎn)能及全球占比

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    二、行業(yè)發(fā)展趨勢

    1965年摩爾發(fā)現:芯片制造商可以在保持相同成本的情況下,每2年將典型微處理器的晶體管數量增加一倍,并提高其性能,這一趨勢已經(jīng)持續了50多年,被稱(chēng)為摩爾定律。摩爾定律代表了半導體產(chǎn)業(yè)近50年的發(fā)展趨勢,即半導體更小、更強大、更便宜、更節能。在該原則的指導下,該行業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了一系列的技術(shù)轉型,芯片制作成本不斷下降,光刻機的分辨率不斷提高。光刻機波長(cháng)不斷縮短、制程節點(diǎn)不斷提高,波長(cháng)從436nm(g-Line)縮短到134nm(ArF-i),然后縮短到13.5nm(EUV);光刻系統滿(mǎn)足的技術(shù)節點(diǎn)從0.5μm到45nm,然后到現在的5nm,未來(lái)技術(shù)節點(diǎn)還將繼續提高到3nm、2nm。

預計摩爾定律將延續到未來(lái)十年,未來(lái)技術(shù)節點(diǎn)將繼續提高至3納米、2納米甚至更高,并且成本降低需求將成為芯片制造的一大趨勢。

光刻機行業(yè)發(fā)展趨勢:繼續摩爾定律