光刻是在掩模中轉(zhuǎn)移幾何形狀圖案的過(guò)程，是覆蓋在表面的一層薄薄的輻射敏感材料(稱為抗輻射劑) ，也是一種半導(dǎo)體晶片。 圖5.1簡(jiǎn)要說(shuō)明了光刻用于集成電路制造的工藝。 如圖5.1(b)所示，輻射為通過(guò)口罩的透明部分傳播，使其暴露光刻膠不溶于顯影劑溶液，從而使之直接將掩模圖案轉(zhuǎn)移到晶圓上。

在定義模式之后，需要采用蝕刻工藝選擇性地去除屏蔽部分基本層。光刻曝光的性能由三個(gè)參數(shù)決定: 分辨率、注冊(cè)和吞吐量。 分辨率定義：半導(dǎo)體晶圓上的薄膜。 注冊(cè)是衡量其準(zhǔn)確性的一個(gè)指標(biāo)連續(xù)掩模上的模式可以對(duì)齊或疊加在同一晶圓片上先前定義的圖案。 吞吐量是數(shù)量每小時(shí)可以暴露在給定掩模水平下的晶圓。

光刻是平面型晶體管和集成電路生產(chǎn)中的一個(gè)主要工藝。是對(duì)半導(dǎo)體晶片表面的掩蔽物(如二氧化硅)進(jìn)行開孔，以便進(jìn)行雜質(zhì)的定域擴(kuò)散的一種加工技術(shù)。一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕、檢測(cè)等工序。

硅片清洗烘干方法：濕法清洗+去離子水沖洗+脫水烘焙(熱板150～250C,1～2分鐘，氮?dú)獗Ｗo(hù))目的：a、除去表面的污染物(顆粒、有機(jī)物、工藝殘余、可動(dòng)離子);b、除去水蒸氣，使基底表面由親水性變?yōu)樵魉裕鰪?qiáng)表面的黏附性(對(duì)光刻膠或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷)。

涂底方法：a、氣相成底膜的熱板涂底。HMDS蒸氣淀積，200～250C,30秒鐘;優(yōu)點(diǎn)：涂底均勻、避免顆粒污染;b、旋轉(zhuǎn)涂底。缺點(diǎn)：顆粒污染、涂底不均勻、HMDS用量大。目的：使表面具有疏水性，增強(qiáng)基底表面與光刻膠的黏附性

旋轉(zhuǎn)涂膠方法：a、靜態(tài)涂膠(Static)。硅片靜止時(shí)，滴膠、加速旋轉(zhuǎn)、甩膠、揮發(fā)溶劑(原光刻膠的溶劑約占65～85%,旋涂后約占10～20%);b、動(dòng)態(tài)(Dynamic)。低速旋轉(zhuǎn)(500rpm_rotation per minute)、滴膠、加速旋轉(zhuǎn)(3000rpm)、甩膠、揮發(fā)溶劑。決定光刻膠涂膠厚度的關(guān)鍵參數(shù)：光刻膠的黏度(Viscosity)，黏度越低，光刻膠的厚度越薄;旋轉(zhuǎn)速度，速度越快，厚度越薄;影響光刻膠均勻性的參數(shù)：旋轉(zhuǎn)加速度，加速越快越均勻;與旋轉(zhuǎn)加速的時(shí)間點(diǎn)有關(guān)。一般旋涂光刻膠的厚度與曝光的光源波長(zhǎng)有關(guān)(因?yàn)椴煌?jí)別的曝光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同的光刻膠種類和分辨率)：I-line最厚，約0.7～3μm;KrF的厚度約0.4～0.9μm;ArF的厚度約0.2～0.5μm。

眾所周知，芯片制造少不了各種設(shè)備，比如光刻機(jī)，刻蝕機(jī)、等離子注入機(jī)、清洗機(jī)等等，一條晶圓生產(chǎn)線，需要的設(shè)備上百種，設(shè)備采購(gòu)成本占晶圓建設(shè)成本的60%+。而這些年，隨著中國(guó)芯片熱，大量企業(yè)造芯，而原有晶圓廠則在擴(kuò)產(chǎn)，需要大量半導(dǎo)體設(shè)備。比如2021年，中國(guó)大陸就成全球最大半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)，所以半導(dǎo)體設(shè)備廠商在中國(guó)是賺得盆滿缽滿。數(shù)據(jù)顯示，2021年中國(guó)大陸半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模高達(dá)296億美元，同比增長(zhǎng)了58%，其中自給率僅為27.4%，也就是說(shuō)約1500億元是從國(guó)外采購(gòu)的。

而前五大半導(dǎo)體設(shè)備廠商分別是美國(guó)應(yīng)用材料AMAT、阿斯麥爾ASML、泛林半導(dǎo)體LAM、東京電子TEL、科磊半導(dǎo)體KLA。這5大廠商中，在2021年時(shí)，除了ASML外，另外4大廠商第一大買家均是中國(guó)大陸。如上圖所示，這是2021年前5大廠商的客戶來(lái)源地分布情況，可以看到應(yīng)用材料的營(yíng)收中，33%是中國(guó)大陸貢獻(xiàn)的。而泛林半導(dǎo)體的營(yíng)收中，中國(guó)大陸貢獻(xiàn)了35%。東京電子的營(yíng)收中，中國(guó)大陸貢獻(xiàn)了28.5%;而科磊半導(dǎo)體的營(yíng)收中，中國(guó)大陸貢獻(xiàn)了26%，這4大廠商，中國(guó)大陸都是最大買家。

至于ASML在2021年的營(yíng)收中，中國(guó)大陸僅貢獻(xiàn)了14.7%，排在第3名，在中國(guó)臺(tái)灣、韓國(guó)之后。但是，在2022年一季度時(shí)，ASML的營(yíng)收中，中國(guó)大陸已經(jīng)貢獻(xiàn)了34%，成ASML最大的客戶，之后是韓國(guó)，占比為29%，再是中國(guó)臺(tái)灣占比為22%。也就意味著全球前5大半導(dǎo)體設(shè)備廠商中，中國(guó)大陸都是最大買家了。這也說(shuō)明中國(guó)大陸對(duì)前5大設(shè)備廠商的設(shè)備，有多依賴。這其實(shí)是一個(gè)比較嚴(yán)峻的問(wèn)題，因?yàn)榍?大半導(dǎo)體設(shè)備中，3家是美國(guó)的，1家是日本的，1家是荷蘭的，這5家廠商都聽(tīng)美國(guó)的話，隨時(shí)都有可能不賣設(shè)備給你，而我們基于進(jìn)口設(shè)備來(lái)解決芯片問(wèn)題，真不能太樂(lè)觀，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備必須崛起才行。

在半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)，目前國(guó)內(nèi)光刻工序的相關(guān)設(shè)備正在逐步完善中。

光刻工序是芯片制造中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的工藝步驟之一，主要包括涂膠、曝光、顯影三大步驟。即：先用涂膠機(jī)將光刻膠涂覆在晶圓表面，然后使用光刻機(jī)進(jìn)行曝光，曝光之后用顯影機(jī)進(jìn)行圖形顯影。

芯源微(688037.SH)是國(guó)內(nèi)一家半導(dǎo)體專用設(shè)備生產(chǎn)廠商，其產(chǎn)品就包括光刻工序的涂膠顯影設(shè)備。芯源微的一位銷售人員向記者稱，該公司是國(guó)內(nèi)唯一一家生產(chǎn)半導(dǎo)體涂膠顯影設(shè)備的上市公司。

芯源微在3月10日發(fā)布的年報(bào)中表示，公司生產(chǎn)的涂膠顯影設(shè)備產(chǎn)品成功打破國(guó)外廠商壟斷并填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，其中在集成電路前道晶圓加工環(huán)節(jié)已獲得了多個(gè)前道大客戶訂單及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)小批量替代。(注：集成電路制造前道主要包括晶圓加工環(huán)節(jié)，后道主要包括封裝環(huán)節(jié))。

薄膜沉積是半導(dǎo)體工藝三大核心步驟之一。薄膜沉積設(shè)備作為晶圓制造的核心設(shè)備之一，在晶圓制造環(huán)節(jié)設(shè)備投資占比僅次于光刻機(jī)，約占25%。根據(jù)SEMI 和Maximize Market Research 的統(tǒng)計(jì)，2020 年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到712 億美元，其中薄膜沉積設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約172 億美元。目前，薄膜沉積設(shè)備中CVD 類設(shè)備占比最高，2020 年合計(jì)占比64%;濺射PVD 類設(shè)備占整體市場(chǎng)的21%。

PECVD 是薄膜設(shè)備中占比最高的設(shè)備類型，占整體薄膜沉積設(shè)備市場(chǎng)的34%。

多因素驅(qū)動(dòng)國(guó)產(chǎn)薄膜沉積設(shè)備需求：

a)。 國(guó)內(nèi)產(chǎn)線建設(shè)極大拉動(dòng)國(guó)產(chǎn)設(shè)備需求。貿(mào)易摩擦背景下，半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化訴求增強(qiáng)，長(zhǎng)江存儲(chǔ)、上海積塔、中芯國(guó)際、華虹、士蘭微、合肥晶合等國(guó)內(nèi)晶圓廠在新增產(chǎn)能建設(shè)過(guò)程中積極導(dǎo)入國(guó)產(chǎn)設(shè)備，極大拉動(dòng)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備需求。

b)。 芯片工藝進(jìn)步及結(jié)構(gòu)復(fù)雜化拉動(dòng)高性能薄膜設(shè)備需求。以CVD 設(shè)備演進(jìn)為例，過(guò)去主要為APCVD、LPCVD 設(shè)備，目前主流的PECVD 設(shè)備在相對(duì)較低的反應(yīng)溫度下形成高致密度、高性能薄膜，不破壞已有薄膜和已形成的底層電路，實(shí)現(xiàn)更快的薄膜沉積速度，未來(lái)HDPCVD、FCVD、ALD 應(yīng)用有望增加。

c)。 制程升級(jí)帶動(dòng)薄膜沉積設(shè)備用量提升。以中芯國(guó)際為例，一條1 萬(wàn)片產(chǎn)能的180nm 8 寸晶圓產(chǎn)線CVD 和PVD 設(shè)備用量平均約為9.9 臺(tái)和4.8 臺(tái)，而一條1萬(wàn)片90nm 12 寸晶圓產(chǎn)線CVD 和PVD 設(shè)備用量分別可達(dá)42 臺(tái)和24 臺(tái)。

d)。 3D NAND 堆疊層數(shù)增加拉動(dòng)薄膜沉積設(shè)備需求。存儲(chǔ)器領(lǐng)域制造工藝中，目前增加集成度的主要方法是增大三維立體堆疊的層數(shù)，疊堆層數(shù)從32/64 層向128/196 層發(fā)展，每層均需要經(jīng)過(guò)薄膜沉積工藝步驟，催生出更多設(shè)備需求。未來(lái)長(zhǎng)江存儲(chǔ)196 層3D NAND 突破和產(chǎn)能建設(shè)有望拉動(dòng)更多國(guó)產(chǎn)薄膜沉積設(shè)備需求。

薄膜沉積設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率估計(jì)僅5.5%(按設(shè)備數(shù)量口徑)。近年來(lái)我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化速度快速增長(zhǎng)，但從整體看我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)制造仍需大量進(jìn)口設(shè)備支持，國(guó)產(chǎn)化依然處于較低水平。我們統(tǒng)計(jì)了2020 年1 月1 日至2022 年2 月13 日國(guó)內(nèi)部分主要晶圓制造產(chǎn)線的薄膜沉積設(shè)備招標(biāo)情況，6 家廠商共招標(biāo)薄膜沉積設(shè)備1060 臺(tái)(僅PVD 和CVD 類設(shè)備)，國(guó)內(nèi)廠商中標(biāo)58 臺(tái)，其中拓荊科技中標(biāo)40 臺(tái)(主要為PECVD 設(shè)備)，國(guó)內(nèi)市占率為3.8%;北方華創(chuàng)中標(biāo)18 臺(tái)(主要為PVD 設(shè)備)，國(guó)內(nèi)市占率1.7%?？傮w來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)薄膜沉積設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率估計(jì)僅5.5%(按設(shè)備數(shù)量口徑)。

半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)火熱的背后，其實(shí)是各國(guó)想要贏下“芯片競(jìng)賽”的強(qiáng)烈動(dòng)機(jī)。芯謀研究高級(jí)分析師張彬磊向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，全球各國(guó)的芯片自主供應(yīng)意識(shí)都在提升。目前，美國(guó)、歐洲、韓國(guó)、中國(guó)、新加坡等芯片制造大國(guó)紛紛出臺(tái)了支持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，并且在芯片制造環(huán)節(jié)加大投入、積極擴(kuò)產(chǎn)，全球由此進(jìn)入了“芯片大戰(zhàn)”的熱戰(zhàn)期。

隨著各國(guó)芯片競(jìng)賽的愈演愈烈，全球半導(dǎo)體設(shè)備廠商在營(yíng)收和利潤(rùn)方面有望繼續(xù)刷新歷史紀(jì)錄。張彬磊對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者說(shuō)道，預(yù)計(jì)2022年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)仍將呈現(xiàn)供不應(yīng)求的情況。半導(dǎo)體設(shè)備的交期普遍需要1～2年，在這段時(shí)間內(nèi)，全球半導(dǎo)體設(shè)備公司的業(yè)績(jī)還將提升。預(yù)計(jì)2022年全球半導(dǎo)體整體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1200億美元(2021年的市場(chǎng)規(guī)模約為1000億美元)，增長(zhǎng)幅度將超過(guò)20%。

日本廠商獲利增幅位居前列

《中國(guó)電子報(bào)》記者了解到，在利潤(rùn)飆升的這九家半導(dǎo)體設(shè)備廠商中，日本廠商獲得利潤(rùn)的增幅最猛，獲利增幅位居前四位，在利潤(rùn)增長(zhǎng)率方面超過(guò)海外企業(yè)。

我國(guó)光刻機(jī)一項(xiàng)核心技術(shù)已實(shí)現(xiàn)重大突破，這一突破，有望在光刻機(jī)技術(shù)上打破荷蘭的壟斷!

目前國(guó)際上只有三家公司能夠生產(chǎn)步進(jìn)掃描光刻設(shè)備，分別是荷蘭的ASML、日本的NIKON 和CANON公司。

此前《一網(wǎng)荷蘭》曾發(fā)文稱，光刻機(jī)設(shè)備供應(yīng)商ASML在舉行電話會(huì)議時(shí)，其總裁Peter Wennink在會(huì)議上明確表示：高端的極紫光(EUV)光刻機(jī)永遠(yuǎn)不可能被中國(guó)模仿，況且中國(guó)在知識(shí)產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域有良好的規(guī)定。

Wennink也解釋了為何不害怕中國(guó)會(huì)模仿光刻機(jī)。

光刻機(jī)構(gòu)成程序復(fù)雜，制造過(guò)程需要巨大的工程量。荷蘭ASML是系統(tǒng)的集成商，他們是將百家公司的技術(shù)整合在一起，進(jìn)而組合成一個(gè)全新光刻機(jī)。

這種機(jī)器有80000多個(gè)零件，其中有90%的零件由供應(yīng)商提供，任何一方都不可能打造全部零件，通常需要各國(guó)合力打造。

Wennink表示，他們光刻機(jī)的制造集合了當(dāng)下世界上最先進(jìn)的各種前沿技術(shù)。其中各種反光鏡以及其他光學(xué)部件來(lái)自于德國(guó)的蔡司，光源來(lái)自于美國(guó)的Cymer;計(jì)量設(shè)備來(lái)自于美國(guó)的世德科技;傳送帶來(lái)自于荷蘭的VDL，而這世界上沒(méi)有一個(gè)公司能夠模仿他們。

同時(shí)，ASML的機(jī)器裝有傳感器，一旦檢測(cè)到有異常情況發(fā)生，Veldhoven就會(huì)立刻響起警報(bào)。

Wennink其實(shí)說(shuō)的特別直白：像高端的EUV光刻機(jī)，想要模仿是不可能的，就算你出高價(jià)去買，也不一定買得到。

現(xiàn)狀下，我國(guó)的芯片就面臨著被“卡脖子”，此前就出現(xiàn)過(guò)荷蘭ASML迫于美國(guó)壓力，扣留EUV設(shè)備出口到中國(guó)許可證的情況。

但現(xiàn)在，我國(guó)的光刻機(jī)技術(shù)也在逐步實(shí)現(xiàn)突破，一步步打破荷蘭的壟斷。

28nm國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)千呼萬(wàn)喚不揭蓋頭，與A股炙手可熱的國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備板塊反差強(qiáng)烈，也讓關(guān)注“芯片卡脖子”問(wèn)題的國(guó)人多少有點(diǎn)郁悶。

不過(guò)，近日世界光刻機(jī)一哥ASML當(dāng)家人的一席話，似又在郁悶中透露出一絲光亮。ASML的CEO溫彼得(Peter Wennink)的原話較長(zhǎng)，這里摘其大意：中國(guó)不太可能獨(dú)立復(fù)制出頂尖的光刻技術(shù)……但我的意思并不是絕對(duì)不可能……永遠(yuǎn)別那么絕對(duì)，他們肯定會(huì)嘗試的。

如果這話聽(tīng)起來(lái)說(shuō)了很多又什么也沒(méi)說(shuō)，那么2021年4月溫彼得撂出的話就一點(diǎn)也不含糊：“出口管制將加快中國(guó)自主研發(fā)，15年時(shí)間里他們將做出所有東西……中國(guó)完全掌握供應(yīng)鏈之后，歐洲供應(yīng)商將徹底失去市場(chǎng)?！焙?jiǎn)單說(shuō)就是，中國(guó)的光刻機(jī)15年就能追上ASML，那時(shí)ASML只剩破產(chǎn)一條路。

目前，在EUV光刻技術(shù)這條賽道上擠滿了歐洲、美國(guó)、日本、韓國(guó)等對(duì)手，他們都是行動(dòng)一致的同盟，后來(lái)者很難撞開這堵墻，即使撞開也得不償失。

EUV光刻技術(shù)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，光刻機(jī)是其中一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)，其它還包括光刻膠、掩膜、極高純度晶圓、相配套的超高純度化學(xué)清洗劑等等。如果把EUV光刻技術(shù)系統(tǒng)比作一個(gè)獨(dú)立的世界，這個(gè)世界之龐大微妙，和我們熟知的“漫威宇宙”有一拼。在EUV光刻技術(shù)世界里，從“滅霸”到“驚奇隊(duì)長(zhǎng)”，甚至“路人甲”，都有自己的獨(dú)門秘籍，即專利布局。

而從EUV光刻技術(shù)專利布局上，可以看出我們和國(guó)外的顯著差距。

根據(jù)國(guó)家“02專項(xiàng)”服務(wù)團(tuán)隊(duì)編撰的《集成電路產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)專利分析報(bào)告》(2018年出版)，在EUV光刻技術(shù)專利最早優(yōu)先權(quán)國(guó)家/地區(qū)的對(duì)比中，日本占比為45.5%，排第一位，美國(guó)占比為30.27%，排第二位，第三位為德國(guó)，占比13.5%，中國(guó)大陸地區(qū)占比為1.13%。由于專利最早優(yōu)先權(quán)國(guó)家/地區(qū)反映的是技術(shù)的來(lái)源地，因此上述數(shù)據(jù)表明，日本、美國(guó)和德國(guó)是EUV光刻技術(shù)最主要的技術(shù)產(chǎn)出國(guó)，三者合計(jì)占比達(dá)89.27%，基本上壟斷了當(dāng)前最先進(jìn)的芯片制造技術(shù)領(lǐng)域(見(jiàn)下圖)。