最近被誉为“半导体行业皇冠上的明珠”的光刻机在二级市场上一片狼藉。尤其是7月20日国内首款SMEE光刻机(28nm)开始搬迁后，整个光刻机板块连续上涨，板块指数不到10个交易日涨幅超过10%。富途数据显示，截至5月初至7月底，仅两个月时间，光刻机概念板块涨幅超过50%。

在光刻机概念板块投资热潮的背后，中国在光刻机方面的高端装备制造还有很长的路要走，国内光刻机厂商与国际厂商还有巨大的差距。由于国内企业与国际厂商的技术差距，光刻机的设备行业也是一个“瓶颈”领域。

为了让投资者和读者更深入地了解光刻机行业、行业竞争格局、国内光刻机发展现状，以及国内巨头上海微电子与全球寡头ASML (ASML)的技术差距，蔡华学会策划了“中国“芯时代”的光刻机”专题，深入剖析当前光刻机市场热点话题。

光刻机:半导体设备不可或缺的一部分

IC设备是IC产业链中至关重要的一环。

目前整个信息产业就像一个倒金字塔，以年产值约600亿美元的半导体集成电路设备产业为底层，支撑年产值超过5000亿美元的半导体芯片产业和数万亿美元的电子系统产业，最后支撑起软件、网络、电子商务、大数据等数十万亿美元的信息产业。

半导体设备行业的相对体量虽然不大，但却有着成百上千倍的放大。半导体行业的特点是“一代设备，一代技术，一代产品”。毫无疑问，没有半导体器件，就没有半导体芯片，也就没有信息时代。

先进集成电路大规模生产线投资可达100亿美元，75%以上是半导体设备投资。以芯片制造为例。在芯片制造的前期工艺中，一般占整个芯片总投资的70%以上。投资比例大的主要原因是该领域涉及的高精尖设备最多，技术要求较高。而且在制作芯片的过程中，这个制造环节需要重复数十次循环测试，直到产品质量达到一定的工艺标准。

下图显示了为上游晶圆制作芯片的关键步骤:

在芯片制造的前期工艺中，市场规模最大的最关键设备是光刻(光刻曝光)、刻蚀和薄膜沉积(CVD)。

在先前的芯片制造工艺中，光刻、蚀刻和CVD的步骤比例分别是1、4和2倍。所以刻蚀和CVD的工艺用量增加最多，而光刻是单个工艺成本最高的。

在这些主要的半导体设备市场中，大部分领先的技术和工艺都被国外的大厂所掌握。例如，在炉子设备、蚀刻设备和薄膜沉积设备市场，AMAT、TEL、LAM等国际大公司占据了一半以上的市场份额，而国内只有北方华创(炉子设备、蚀刻设备)和沈阳拓晶(薄膜沉积设备)能跟上步伐。

而半导体设备最重要的部分——光刻机设备，最先进的技术基本被ASML、佳能、尼康垄断，其中ASML (ASML)几乎被EUV垄断(极紫外光刻)。但是国内没有能和国际大厂抗衡的企业。

目前光刻机领先的微电子芯片光刻机技术还处于起步阶段，与世界领先的超高端技术还有较大差距。

值得一提的是，国内光刻机概念板块中的绝大多数成份股只涉及光刻机中的零部件和其他种类的光刻机产业投资，并不具备芯片制造所需的光刻机制造能力。

具体来说，根据用途的不同，光刻机可以分为三类:一类是光刻机，主要用于生产芯片；第二，用于封装的掩模对准器；三是LED制造领域使用的投影光刻机。其中，用于生产芯片的光刻机，涉及国际上多项先进技术，国内与国外顶级光刻机差距明显。正是因为差距大，美国抓住了“卡住”的机会。

光刻机:“日本和荷兰”瓜分了全球90%的份额，中国正在奋力追赶。

不可否认，在过去的十年里，中国经济的高速增长令世界其他国家惊叹，甚至在一些领域实现了“弯道超车”，远超一些欧洲国家。但由于中国进入高质量发展的时间较短，在一些高科技领域，中国与发达国家仍有一定差距，还需要较长时间“补课”。其中，国内半导体设备技术与发达国家先进半导体设备技术的差距最为显著。

从2014年到2018年，根据全球前10大半导体设备供应商的市场份额，包括应用材料(AMAT)、ASML (ASML)、LAM、科雷半导体(KLA)和东京电子(TEL)在内的前十大半导体设备供应商基本占据了75%以上的市场份额，并且市场份额随着技术迭代和创新而增加。前十大半导体供应商基本来自美国、日本、韩国、荷兰，这四个国家是半导体技术发达国家。

在全球十大半导体供应商中，拥有最先进光刻机技术的ASML (ASML)也位列其中。ASML领先的光刻机技术是未来15年以上海微电子为首的国内光刻机企业共同努力的方向。据了解，中科院曾表示，光刻机技术比ASML (ASML)落后至少15年。

光刻机有多难，为什么中国要15年才能赶上？

要回答这个问题，首先根据光刻机的工作原理，光刻机通过一系列光源能量和形状控制手段，使光束透过带有电路图的掩膜，通过物镜补偿各种光学误差，按比例缩小电路图，然后映射到硅片上。不同的光刻机成像比例不同，从5:1到4:1不等。然后用化学方法将刻在硅片上的电路图(即芯片)显影。

在这个过程中，光刻的质量直接决定了芯片是否可用，而光源是这里的核心。

基于这一点，光刻机的所有核心部件都是围绕光源展开的，所以根据光源的改进，光刻机可以分为五代，分别是最早的邓公光源436 nm波长的光刻机，DUV光源365 nm波长的光刻机，DUV光源248 nm波长的光刻机(KrF)，DUV光源193 nm波长的光刻机(ArF)，第四代。

总的来说，从目前的技术和工艺来看，谁能把波长控制得更短，效率最大化，谁就有越来越明显的技术优势。这也是光刻机巨头竞争成败和市场份额的重要筹码，也是后来者实现“弯道超车”或提升市场竞争力和话语权的关键。

以荷兰光刻机巨头ASML为例。2000年以前，全球光刻机行业的领头羊被日本尼康占据，ASML暂时没有技术实力与之竞争。

正是在第三代光刻机期间，ASML在拐角处超过了其他人。在第三代光刻机中，ASML选择了小改进大效果、产品成熟度非常高的沉浸式技术稳步前进，而尼康则选择了创新路线，希望在157nmF2激光和EPL上有所突破，一举巩固领先地位。

2003年后，ASML相继推出了一系列浸入式193 nm波长光刻机，尼康相继推出了157nm产品和EPL产品样机。然而，由于产品质量和效率等成本因素，半导体制造商选择产品成熟度更高的浸没式掩模对准器。不久之后，在国际巨头英特尔和TSMC相继选择ASML之后，尼康失去了挑战摩尔定律的勇气。ASML顺势而为，研发出世界上第一台EUV光刻机，全球光刻机寡头地位由此形成。

目前，在全球光刻机市场的竞争格局中，ASML以75.3%的市场份额占据绝对优势，佳能和尼康分别以11.3%和6.2%位列第二和第三。

另一方面，在国内市场，目前我国只能生产90nm的光刻机设备，这也是国内生产光刻机的最高技术水平。目前，中国的光刻机只能从ASML、佳能和尼康购买。

截至2021年7月，长江存储共中标16台光刻机，其中13台由ASML提供，包括3台浸没式光刻机、1台ArF_Dry光刻机、8台248nm KrF光刻机和1台365nm I-line光刻机。佳能供应3 I线口罩对准。

截至2021年7月，华虹共中标16台光刻机，其中ASML供应15台，包括1台浸没式光刻机、1台ArF_Dry光刻机、8台248nm KrF光刻机和5台365nm I-line光刻机。佳能供应1 ArF _干掩模光刻机。

截至2021年7月，华力Fab6已中标14台光刻机，全部由ASML提供，包括5台浸没式光刻机、7台248nm KrF光刻机和2台365nm I-line光刻机。

虽然我国正在全力攻克半导体行业的“瓶颈”，但国内光刻机技术很难在短时间内赶上ASML、佳能、尼康等有几十年技术沉淀的大厂。毕竟我们在进步，别人不会选择固步自封。另外，即使有了相应的技术，相关国产零部件等产业链技术也要跟上。

以ASML EUV光刻机为例，光组装的零件就多达10万个。其中，绝大多数零部件供应商是由国外企业提供的。在这种背景下，美国打着单边主义的旗号到处打压其他国家，中国半导体产业的技术创新步伐必然会受到或多或少的影响。

此外，随着技术创新的不断推进和投资成本的不断上升，很多企业将望尘莫及。具体来说，在摩尔定律的驱动下，元器件集成度的大幅提高需要集成电路的线宽不断变窄，从而导致生产技术和制造工艺日益复杂，制造成本呈指数级增长。据IBS统计，随着技术节点的萎缩，集成电路制造的设备投资呈上升趋势。以5 nm工艺节点为例，其投资成本高达数百亿美元，是14 nm的两倍多，28 nm的四倍左右。

结论:

目前，中国的半导体产业面临着“卡脖子”的问题。不仅仅是光刻机技术简单的发展缓慢，而是没有形成完整的国内半导体产业链，需要国内半导体企业在国家政策的帮助下努力克服。

中国半导体产业想要站在世界之巅，面临着艰难而漫长的道路。但是，目前你们全国上下团结一致，努力克服各种困难。我们有理由相信，中国可以通过虚心学习和持之以恒来创造历史。

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