一、光刻机加工概述
芯片前道工艺七大设备包括光刻机、刻蚀机、镀膜设备、量测设备、清洗机、离子注入机以及其他设备，光机机主要作用为将掩膜版上的芯片电路转移到硅片，是IC制造最为核心环节。光刻机分为三类:一是主要用于生产芯片的光刻机;二是用于封装的光刻机;三是用于LED制造领域的投影光刻机。其中用于生产芯片的光刻机涉及众多世界先进技术,中国光刻机与国外顶尖光刻机存在的差距比较明显。
芯片晶圆加工流程
资料来源：公开资料整理
光刻工艺定义了半导体器件的尺寸，是IC制造中的关键环节。作为芯片生产流程中最复杂、最关键的步骤，光刻工艺难度最大、耗时最长，芯片在生产过程中一般需要进行20~30次光刻，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%，成本极高，约为整个硅片制造工艺的1/3。一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。
芯片产线中晶圆制造设备投资额占比
资料来源：公开资料整理
二、光刻机市场结构
光刻机是光刻工艺的核心设备，也是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备，包含上万个零部件，集合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域等多项顶尖技术。作为整个芯片工业制造中必不可少的精密设备——光刻机，其光刻的工艺水平直接决定芯片的制程和性能水平，因此光刻机更是被誉为半导体工业皇冠上的明珠。
光刻机工艺的发展史
资料来源：ASML官网，华经产业研究院整理
EUV光刻机制造工艺难点
资料来源;公开资料整理
光刻机行业市场规模的增量主要来自EUV，全球销量占比27%的EUV与ArF immersion占光刻机市场销售额的82%。2020年EUV光刻机销量31台占比8%，销售额55亿美元同比增长76%，占光刻机市场规模的比例为41%；ArF i销量80台占19%，销售额估计54亿美元同比下降7%，但占全球光刻机市场的40%。值得注意的是，EUV数量占比最小，而金额占比最小，i-Line市场数量占比最高为34%，而金额占比仅为3%，体现出工业不同的价格差距，高端光刻机工艺垄断，下游具备较强议价权，而低端产品虽然销量较高，然而市场价格竞争激烈，价格较低。
2020年全球光刻机产品结构占比情况
资料来源：ASML、Canon、Nikon公告，华经产业研究院整理
三、国产化状况
根据《上海集成电路产业发展研究报告》，2019年我国半导体设备国产化率约为18.8%。该数据包括集成电路、LED、面板、光伏等设备，预计国内集成电路设备国产化率仅为8%左右。细分而言，目前我国企业在去胶设备、清洗设备、刻蚀设备、热处理设备、PVD设备、CVD设备、CMP设备、涂胶显影设备均有突破，部分产品成功实现了国产替代。然而对于光刻设备我国仍处于被掐住喉咙的状况，国产化率仍不到百分之一，市场高度依赖进口，且2016-2020年国产化进程整体较慢。
2016-2020年中国半导体设备国产化率情况
资料来源：上海集成电路产业发展研究报告，华经产业研究院整理
全球半导体设备行业复苏,受益于下游晶圆巨大需求、服务器云计算和5G基础建设的发展,带动相关芯片的需求,2020年光刻机销售额与销量增速稳定提升。数据显示2020年全球光刻机销量为413台，总销售额为109亿美元，随着下游市场需求持续升高，预计2021全球市场仍将持续增长。
2017-2020年全球光刻机销量状况
资料来源：公开资料整理
全球光刻机市场主要由荷兰的阿斯麦(ASML)、日本尼康和佳能三家把持，其中ASML更是全球绝对龙头，市占率83.3%，几乎垄断了高端光刻机（EUV）市场。日本尼康和佳能产品主要为中低端机型。国产光刻机领域中，上海微电子(SMEE)一枝独秀。2018年3月，上海微电子承担的“02专项”的“90nm光刻机样机研制”顺利通过验收，正在攻关“28nm光刻机”，成为国产光刻机的优秀代表。
2019年全球光刻机市场竞争格局状况
资料来源：SEMI，华经产业研究院整理
相关报告：华经产业研究院发布的《2021-2026年中国光刻机行业市场供需格局及行业前景展望报告》；
四、国产光刻机破局之路
随着中国大陆代工厂的不断扩建，未来对于国产光刻机的需求不断提升，而当前国内与国外顶尖光刻机制程仍存在较大差距，国产光刻机应从如下几个方面寻求突破：1、产业分工：国内涉及相关光刻机零部件的企业形成产业分工，各取所长研发、提供相应的技术和零部件；2、科研投入：目前国内企业仍存有买办思维，光刻机作为人类智慧的结晶，高科技产物，科研投入必不可少；3、技术突破：汇集顶尖人才对于核心技术优先突破；4、人才积累：注重奖励机制。
国产光刻机破局要点
资料来源：公开资料整理
整体而言，目前全球光刻设备的格局是：ASML一家独占鳌头，成为唯一的一线供应商，旗下产品覆盖了全部级别的光刻机设备；Nikon高开低走，但凭借多年技术积累，勉强保住二线供应商地位；而Canon只能屈居三线；上海微电子装备（SMEE）作为后起之秀，暂时只能提供低端光刻设备，由于光刻设备对知识产权和供应链要求极高，短期很难达到国际领先水平。
目前光刻机行业已经成为一个高度垄断的行业。如果没有特别原因，这一格局在未来的时间里都很难发生变化。
华经产业研究院对中国光刻机行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析，对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析，最大限度地降低企业投资风险与经营成本，提高企业竞争力；并运用多种数据分析技术，对行业发展趋势进行预测，以便企业能及时抢占市场先机；更多详细内容，请关注华经产业研究院出版的《2021-2026年中国光刻机市场竞争策略及行业投资潜力预测报告》。
