2019年中國光刻機(jī)行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀、行業(yè)格局及發(fā)展趨勢(shì)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(jī)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(duì)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(chǎng)現(xiàn)狀及行業(yè)格局

    光刻機(jī)分為無掩模光刻機(jī)和有掩模光刻機(jī)。(1)無掩模光刻機(jī)可分為電子束直寫光刻機(jī)、離子束直寫光刻機(jī)、激光直寫光刻機(jī)。電子束直寫光刻機(jī)可以用于高分辨率掩模版以及集成電路原型驗(yàn)證芯片等的制造,激光直寫光刻機(jī)一般是用于小批量特定芯片的制造。(2)有掩模光刻機(jī)分為接觸/接近式光刻機(jī)和投影式光刻機(jī)。接觸式光刻和接近式光刻機(jī)出現(xiàn)的時(shí)期較早,投影光刻機(jī)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。

    隨著曝光光源的改進(jìn),光刻機(jī)工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)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(jìn)式,從干式投影到浸沒式投影)不斷進(jìn)行著改進(jìn)。

光刻機(jī)經(jīng)歷了五代發(fā)展

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目前光刻機(jī)主要可以分為IC前道制造光刻機(jī)(市場(chǎng)主流)、IC后道先進(jìn)封裝光刻機(jī)、LED/MEMS/PowerDevices制造用光刻機(jī)以及面板光刻機(jī)。其中IC前道光刻機(jī)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(jī)對(duì)于光刻的精度要求低于前道光刻要求,面板光刻機(jī)主要用在薄膜晶體管制造中,與IC前道光刻機(jī)相比技術(shù)難度更低。

IC前道光刻機(jī)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(shí)間比最大的步驟,光刻機(jī)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(shí)間40%-50%。高精度EUV光刻機(jī)的使用將使die和wafer的成本進(jìn)一步減小,但是設(shè)備本身成本也會(huì)增長(zhǎng)。

光刻機(jī)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(jī)實(shí)現(xiàn)的先進(jìn)制程可以進(jìn)一步降低芯片尺寸和成本,但是設(shè)備成本會(huì)增長(zhǎng)

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    光刻設(shè)備量?jī)r(jià)齊升帶動(dòng)光刻設(shè)備市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)。一方面,隨著芯片制程的不斷升級(jí),IC前道光刻機(jī)價(jià)格不斷攀升。目前最先進(jìn)的EUV設(shè)備在2018年單臺(tái)平均售價(jià)高達(dá)1.04億歐元,較2017年單臺(tái)平均售價(jià)增長(zhǎng)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(jī)數(shù)量相較于8寸晶圓產(chǎn)線將進(jìn)一步上升。同時(shí)預(yù)計(jì)2020年隨著半導(dǎo)體產(chǎn)線得到持續(xù)擴(kuò)產(chǎn),光刻機(jī)需求也將進(jìn)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(jī)采購節(jié)奏是內(nèi)資產(chǎn)線資本支出的關(guān)鍵信號(hào)。內(nèi)資產(chǎn)線一般會(huì)優(yōu)先采購價(jià)值量和技術(shù)難度最高的光刻機(jī)。從長(zhǎng)江存儲(chǔ)、華力微、華虹無錫、中芯紹興以及株洲中車的光刻機(jī)采購情況來看,各產(chǎn)線2019Q4至今光刻機(jī)合計(jì)采購量可觀,預(yù)示其2020年內(nèi)資產(chǎn)線資本支出將進(jìn)一步提升。

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

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    ASML、佳能以及尼康是光刻機(jī)主要供應(yīng)商,其中ASML在高端市場(chǎng)一家獨(dú)大并且壟斷EUV光刻機(jī)。從光刻機(jī)總體出貨量來看(含非IC前道光刻機(jī)),目前全球光刻機(jī)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(jī)市場(chǎng)。ASML技術(shù)先進(jìn)離不開高投入,其研發(fā)費(fèi)用率始終維持在15%-20%,遠(yuǎn)高于Nikon和Canon。

三大光刻機(jī)設(shè)備巨頭市場(chǎng)份額變化情況

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ASML研發(fā)費(fèi)用率最高

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

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國光刻機(jī)行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力分析及投資前景趨勢(shì)報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示:從需求量來看,先進(jìn)封裝光刻機(jī)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(jī)出貨量將持續(xù)增長(zhǎng),預(yù)計(jì)到2020年總需求量將超過250臺(tái)/年。

    2015年到2020年先進(jìn)封裝光刻設(shè)備出貨量年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到15%。MEMS光刻機(jī)需求量復(fù)合增速約9%左右。

先進(jìn)封裝、MEMS、LED光刻機(jī)出貨量將不斷上升

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    光刻機(jī)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(chǎng)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(shí)期,產(chǎn)能持續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)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(zhǎng)率達(dá)36.48%,FPD市場(chǎng)保持高速增長(zhǎng),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(jì)2020年國內(nèi)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(shì)

    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(shì)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(shì),即半導(dǎo)體更小、更強(qiáng)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(jī)的分辨率不斷提高。光刻機(jī)波長(zhǎng)不斷縮短、制程節(jié)點(diǎn)不斷提高,波長(zhǎng)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(diǎn)從0.5μm到45nm,然后到現(xiàn)在的5nm,未來技術(shù)節(jié)點(diǎn)還將繼續(xù)提高到3nm、2nm。

預(yù)計(jì)摩爾定律將延續(xù)到未來十年,未來技術(shù)節(jié)點(diǎn)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(shì)。

光刻機(jī)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì):繼續(xù)摩爾定律