相关报告：《中国步进式光刻机行业市场深度评估及投资战略规划报告》

光刻工艺和光刻机

此种精密而繁复的复杂工艺方法称为集成电路的制造工艺，光刻则是其中至关重要且不可或缺的关键环节之一。简单地说，光刻就是以选定波长光线的作用作为媒介，通过一系列精确细致的操作流程，将预先设计好的集成电路图形从基板上的掩模图案中准确无误地平移至硅片表面的光刻胶层之上，从而实现图形信息的有效传递。要达成这一目的，就必须先经历沉积、旋转涂胶、软烘干、对准曝光、后烘干、显影、硬膜烘烤和显影检测八个严谨规范的工序阶段，方可完成图形的优质转换。在此过程中，任何一个细微的环节出现问题都可能影响整个工艺流程，因此，每一步都必须严格按照规定执行，以此保障质量与效果的完美呈现。值得强调的是，位于整个光刻流程最核心地位的是其占据的时间比例以及成本比重，大约达到了总耗时的1/2以及总成本的1/3之多。芯片科技随着时代的演进而不断进步，这也意味着所需进行的重复步骤会逐渐增多，尤其针对更高级别的芯片产品，所需进行的光刻次数甚至能达到惊人的20至30次之多。换言之，光刻所花费的时间可能占据晶圆制造总耗时的40%-50%之高，同时也占据了芯片生产成本大约1/3的比重。

曝光设备在各个领域内都具有广泛的应用，而我们日常生活中所提到的“光刻机”则主要是指适用于芯片正面制作工艺中的光刻设备。从广义上讲，半导体光刻可以被细分为直写光刻与掩模光刻两种类型。相比较而言，直写光刻技术虽然精度不足，但其适用于诸如IC背沟道封装、低世代线平板显示器以及印刷电路板（PCB）等诸多领域。而当前最为广泛使用的掩模光刻方式为投影式，这种技术具备极高的精确性，能够满足IC制造的前道工艺需求，在后道的高级封装环节以及中高世代线的平板显示器（FPD）生产过程中也发挥着重要作用。光刻机的市场价值颇高，预计未来将蕴含着数以百亿计的巨大市场空间。值得注意的是，2022年全球晶圆前端设备销售额高达941亿美元，其中光刻机所占据的比例达到17%，成为仅次于刻蚀机（35%）与薄膜沉积设备（28%）的第三大IC制造设备，然而，尽管其数量份额不及上述两类设备，但光刻机却被誉为单台设备价值最高的器件之一。

步进式光刻机

精密的步进式光刻机在复杂工艺流程中扮演着至关重要的角色。步进式光刻机的工作原理是通过使硅片表面和石英掩模版对准并聚焦（包括图形），通过对光刻胶曝光，把高分辨率的投影掩模版上图形复制到硅片上。在单位时间内，生产出足够多的符合产品质量规格的硅片。

步进式光刻机行业一般分为扫描式光刻机和步进式光刻机。步进式光刻机技术壁垒较高，技术密集型行业，且市场集中度高。

图表：步进式光刻机行业分类

资料来源：智研瞻产业研究院整理

 步进式光刻机行业现状

预测在不久的将来，得益于技术创新的蓬勃发展，我国步入式光刻机产业的成长步伐必将日益迅速提升。

光刻设备在其进行分类时通常被分为扫描式光刻机与步进式光刻机两种类型，其中以步进式光刻机为当今市场中的主导产品。步进式光刻机是指将投影掩模上的图案与所涂覆的硅片对准，然后逐场进行从一点到另一点的曝光。进步型的光刻技术能够一次性曝光多颗芯片，具备生产效率卓越以及精准度超群等诸多显著优势，因此在半导体芯片的生产过程中被广泛采纳和运用。

全套的步进式光刻设备主要是由设备主体座台，精准设计的光源装置系统，高精度的光学系统，以及具备精密度的光刻设备操作台体与浸泡体系所构成，其中工件工作台是其中的重要组成部分。工作台可以有效提高生产效率，通常分为单工作台和双工作台。华烁晶科是国内唯一一家掌握双工作台生产技术的企业。可以预见的是，由于具备了技术创新的强大推动力，中国步进式光刻机行业必将得以迅速发展壮大。

据资料显示，芯片端主要需求的是步进式光刻机。在芯片制造环节中，步进式光刻机被誉为实施光刻工艺的关键性设备，其市场容量大小直接关联着整个芯片行业的发展状况。近些年来，在全球范围内由于受到国际市场芯片禁运政策的影响，我国开始致力于推动芯片技术的自主研发创新，这也促使了我国芯片生产数量的持续攀升。据中华人民共和国国家统计局提供的有力数据显示，在2021年中国芯片年产总量已经达到了惊人的3594.3亿块，成功刷新了历年最高纪录。而随着市场对芯片产品的愈发旺盛需求，可以预见的是，步进式光刻机市场容量也将呈现出持续增长的态势。

步入式光刻机行业技术壁垒较高，全球市场被海外龙头企业垄断。佳能（日本）、尼康（日本）和ASML （ASML）是全球步进式光刻机市场的主要参与者。荷兰ASML公司于20世纪80年代开发出第一台步行面具矫正器，目前已成为世界上最大的步行面具矫正器制造商。

我国的步进式光刻机产业在发展历程中相对起步较晚，同时受到海外竞争力强大的尖端企业对技术进行了严密的封锁阻止，这使得整个行业的发展速度受到了一定程度上的限制与减缓。然而，近年来，得益于国家政策的支持，中国循序渐进的口罩对准器行业迎来了发展机遇。在我国的步进式光刻机市场领域中，上海微电子设备有限公司与华烁晶科两家企业占据着显著地位。然而现阶段，我国尚未能实现步进式光刻机的大规模量产，国内相关企业的自主创新研发力度尚需持续提升发展。

步进式光刻机是光刻机市场的主流产品。由于受到一系列诸如高端技术封锁等多种因素的制约，国内真正有实力独家生产高品质步进式光刻机的企业数量相当有限。就现阶段而言，中国国产步进式光刻机的产品质量仍然无法与那些国际知名巨头相媲美。然而伴随着科技创新步伐的加快和相关领域的突破，国产步进式光刻机在未来的市场占有率将呈现出上升趋势。

       中国步进式光刻机行业市场规模

我国步进式光刻机行业市场规模持续增长，且增长速度逐年放缓，行业进入稳定发展阶段。

图表：中国步进式光刻机行业市场规模（2018-2023年H1）

数据来源：智研瞻产业研究院整理

华东地区占比最大，占比约为51.8%；其次为华南地区，占比约为18.5%；华中地区占比约为14.7%；华北地区占比约为10.2%；东北地区占比约为4.0%；西南地区占比约为0.8%；西北地区占比约为0.1%。

我国步进式光刻机行业区域分布呈现明显的东部沿海地区优势，其中华东地区占据主导地位。

图表：2022年中国步进式光刻机行业区域占比分布

数据来源：智研瞻产业研究院整理

 步进式光刻机行业发展周期

我国步进式光刻机行业的发展周期可以分为起步阶段、快速发展阶段和稳定发展阶段。我国步进式光刻机行业从20世纪90年代初开始起步，经过十几年的发展，从技术引进到自主研发，逐步形成了较为完整的产业链；2008年以后，我国步进式光刻机行业进入了快速发展的阶段，市场规模逐年增长；目前我国步进式光刻机行业已进入稳定发展阶段，市场规模持续增长，但增长速度逐年放缓。

图表：步进式光刻机行业发展周期

资料来源：智研瞻产业研究院整理

步进式光刻机行业面临的问题

1 .起步晚

中国半导体产业起步较晚。近两年，由于国际环境的变化，半导体产业取得了长足的进步，但仍处于落后地位。要在一两年内赶上长期落后的状况是不可能的。由于中国半导体公司不能与海外企业合作，所以它必须自己做任何事情。从零开始，很难突破技术壁垒，短期内不可能取得很大的成就。

其次，它很难制造

没有光刻机，芯片就无法生产，但光刻机的生产厂家都在海外，世界上能生产先进光刻机的公司很少。目前，只有荷兰的ASML公司能够生产顶级的光刻机，AMSL公司拥有全球87.4%的光刻机订单，日本的尼康和佳能只能占2%。掩模对准器是目前最昂贵、最先进的芯片生产工具，其单价可达1.2亿美元。其实国内也有光刻机的厂家，只是技术差距太大，还在发展中。

步进式光刻机取得突破，国产替代技术也将迅速发展。近年来，中国加大了对高科技的投资。目前，中国已研制出利用紫外光源可达到22nm分辨率的步进式光刻机。这一来之不易的成就背后是许多研究人员的辛勤工作。作为技术最先进的掩模对准器设备制造商，上位于中国上海市的微电子技术有限公司以踏踏实实从低端市场逐步拓展至各类细分领域为开端，现已成功转型成为封装和测试行业无可争议的领头羊。目前在国内市场我们的占有率高达80%，而在全球范围内则占据了40%的份额，成绩斐然，其中LED步进式光刻机排名第一。相信在不久的将来，通过中国科研人员的不断努力，国产口罩对准器将不断发展，最终突破技术壁垒，获得新的生命。

图表：步进式光刻机行业面临的问题

资料来源：智研瞻产业研究院整理

步进式光刻机行业发展方向

在高分辨率方面，我们不断降低光源的波长，增强投影物镜的最小线成像能力，从而达到不断降低可加工的最小线宽的目的。然而，这种情况同时也预示着光刻机在制造过程中所面临的技术挑战以及制造成本将显显著地提升，进一步逼近其所能达到的物理极限。

在努力提升半导体加工的精度和效率方面，科研人员们相继研发出了多种新型光刻技术，其中包括表面等离子体光刻术、纳米压印光刻术以及多光子光刻术等。这些光刻方法有可能成为下一代主流光刻技术。

伴随着光刻分辨率逐渐提升，半导体制造领域中的加工线条逐渐变窄，如今的电子芯片工艺越发精密度高。历经了14纳米、7纳米乃至到眼下正大举推进的5纳米制程工艺，当前我们还在努力突破的是3纳米技术瓶颈。然而，电子芯片制程工艺受限于量子效应等多种因素的影响，未来1纳米左右将可能成为电子芯片工艺所能达到的极限数值。当加工尺寸低于1纳米的时候，芯片内部各个结构之间的间隔随之缩小，几乎接近到原子级别的层面，硅晶体原有的物理形态也会变得异常不稳定。这时，电路很容易穿透硅片表面那层脆弱的氧原子层，从而引起两极之间发生短路现象，或者使得晶体管的金属膜熔化，导致两极之间产生断路现象。

一旦到达其物理极限尺寸，传统电子芯片的研发与发展必将陷入停滞不前的困境，这是由于当前的技术手段无法解决这种难题所造成的，因此，我们必须寻求全新的、可替代的解决方案予以突破。

在科技日新月异的未来，光子芯片无疑是极其有可能替代如今广泛应用于各类电子产品中的电子芯片。目前，普通消费者手中所使用的智能手机内部所搭载的芯片几乎无一例外地属于电子芯片的范畴。然而，光子芯片借助硅以及硅衬底这两大关键要素，实现了用光子元素替换电子元素作为信息传输媒介的革命性转变。因为光子的颗粒相对于电子来说更小，其运动速度更快，所需能耗更低，且具有较高的抗干扰性能，因此，光子芯片结合了光速传播与极高带宽的优秀特性，使得产品性能可提升至原有的10倍乃至更多，而且潜在能耗还仅为传统电子芯片消耗能源的1%。

根据权威媒体的相关报道，我国国内最早成功研发出第一台轨道角动量波导光子芯片，并且享有该项尖端技术的全面知识产权。

针对大面积的加工需求，大面积光刻机主要运用于广大的显示行业。例如为了让我们可以享受到屏幕面积更为广阔的平板电视机带来的视觉盛宴，光刻机的加工区域也呈现出不断扩大的趋势。尤其是随着液晶面板行业的飞速进步，十代生产线的光刻加工面积已攀升至2880 mm ×3130 mm的巨大规模，同时，最小加工线宽也保持在相当高的水准，大约在3微米左右。随着显示行业的持续发展，AMOLED，高清显示等高端显示技术对工艺要求更高，此类设备的研究方向不仅在于追求更大的加工面积，还需探寻如何在此基础上有效降低最小加工线宽，从而进一步推动此类光刻设备向着更加高效先进的方向发展。

从三维角度深入剖析，我们可以把每个层次的图形视作一个扁平化界面进行处理。当串行加工线宽逐渐接近物理极限时，在水平面内的发展空间已经触及到瓶颈，因此研究人员正在积极探索向垂直方向拓展的可能性，即将二维图形替换成三维结构，进而大幅度提升信息存储与传递效率。