2019年中國光刻機行業(yè)市場現(xiàn)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(yīng)原理,將電路圖轉(zhuǎn)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(tǒng)。其包括光源、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。

光刻工藝步驟繁多

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一、市場現(xiàn)狀及行業(yè)格局

    光刻機分為無掩模光刻機和有掩模光刻機。(1)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。(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(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。光刻設(shè)備從光源(從最初的g-Line,i-Line發(fā)展到EUV)、曝光方式(從接觸式到步進式,從干式投影到浸沒式投影)不斷進行著改進。

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(市場主流)、IC后道先進封裝光刻機、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(fù)雜,光刻工藝是IC制造的核心環(huán)節(jié)也是占用時間比最大的步驟,光刻機是目前晶圓制造產(chǎn)線中成本最高的半導(dǎo)體設(shè)備。光刻設(shè)備約占晶圓生產(chǎn)線設(shè)備成本27%,光刻工藝占芯片制造時間40%-50%。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。

光刻機是晶圓制造產(chǎn)線中的高投入型設(shè)備

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利用高端光刻機實現(xiàn)的先進制程可以進一步降低芯片尺寸和成本,但是設(shè)備成本會增長

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    光刻設(shè)備量價齊升帶動光刻設(shè)備市場不斷增長。一方面,隨著芯片制程的不斷升級,IC前道光刻機價格不斷攀升。目前最先進的EUV設(shè)備在2018年單臺平均售價高達(dá)1.04億歐元,較2017年單臺平均售價增長4%。另一方面,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。同時預(yù)計2020年隨著半導(dǎo)體產(chǎn)線得到持續(xù)擴產(chǎn),光刻機需求也將進一步加大。

12寸晶圓產(chǎn)線需要的光刻設(shè)備更多

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    光刻機采購節(jié)奏是內(nèi)資產(chǎn)線資本支出的關(guān)鍵信號。內(nèi)資產(chǎn)線一般會優(yōu)先采購價值量和技術(shù)難度最高的光刻機。從長江存儲、華力微、華虹無錫、中芯紹興以及株洲中車的光刻機采購情況來看,各產(chǎn)線2019Q4至今光刻機合計采購量可觀,預(yù)示其2020年內(nèi)資產(chǎn)線資本支出將進一步提升。

光刻機采購節(jié)奏是內(nèi)資產(chǎn)線資本支出的關(guān)鍵信號

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    ASML、佳能以及尼康是光刻機主要供應(yīng)商,其中ASML在高端市場一家獨大并且壟斷EUV光刻機。從光刻機總體出貨量來看(含非IC前道光刻機),目前全球光刻機出貨量99%集中在ASML,尼康和佳能。其中ASML份額最高,達(dá)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。

三大光刻機設(shè)備巨頭市場份額變化情況

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ASML研發(fā)費用率最高

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    除了應(yīng)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也不斷發(fā)展。

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國光刻機行業(yè)市場競爭力分析及投資前景趨勢報告》數(shù)據(jù)顯示:從需求量來看,先進封裝光刻機市場需求更大且增速最高,是利基市場的主要拉動力量。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年總需求量將超過250臺/年。

    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(dá)到15%。MEMS光刻機需求量復(fù)合增速約9%左右。

先進封裝、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(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。預(yù)計2020年我國FPD產(chǎn)能將達(dá)到194百萬平方米,2013-2020年復(fù)合增長率達(dá)36.48%,FPD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。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。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。

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(xiàn):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(shù)量增加一倍,并提高其性能,這一趨勢已經(jīng)持續(xù)了50多年,被稱為摩爾定律。摩爾定律代表了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)近50年的發(fā)展趨勢,即半導(dǎo)體更小、更強大、更便宜、更節(jié)能。在該原則的指導(dǎo)下,該行業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了一系列的技術(shù)轉(zhuǎn)型,芯片制作成本不斷下降,光刻機的分辨率不斷提高。光刻機波長不斷縮短、制程節(jié)點不斷提高,波長從436nm(g-Line)縮短到134nm(ArF-i),然后縮短到13.5nm(EUV);光刻系統(tǒng)滿足的技術(shù)節(jié)點從0.5μm到45nm,然后到現(xiàn)在的5nm,未來技術(shù)節(jié)點還將繼續(xù)提高到3nm、2nm。

預(yù)計摩爾定律將延續(xù)到未來十年,未來技術(shù)節(jié)點將繼續(xù)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(xù)摩爾定律