芯片人向前冲第1期：严凯：国家大基金三期来了，利好半导体自主可控
芯片人向前冲第2期：严凯：反弹先锋！半导体设备有多硬核？
各位投资者朋友大家好，我是严凯。
今天继续我们的“芯片人向前冲”这个栏目，聊聊半导体设备中三大核心之一的，也是最重要的设备——光刻机。
光刻机是什么？用在什么地方？
光刻机是半导体芯片生产流程中的核心设备，主要用于将目标结构图样印刷到硅片等基底上，是制造微电子芯片的关键工具之一。
它通过特定的光源对涂有光刻胶的晶圆进行曝光，使晶圆上形成电路图案，进而通过腐蚀或沉积等工艺步骤进行加工，最终形成电路和器件。
光刻机中重要的性能参数主要有：分辨率、焦深、套刻精度、产率、视场、、MTF（调控传递函数）、掩膜版误差因子等。
而核心参数为分辨率、焦深和套刻精度。其中，分辨率与光刻机的最小精度相关联，焦深对光刻机成像范围有影响，套刻精度则决定了工艺层是否套叠对准。因此，这三个技术指标被视为光刻机最重要的三个因素。
如何理解光刻机重要性？
光刻工艺是芯片生产流程中最复杂、最关键的步骤，而光刻机是光刻工艺的核心设备，其重要性源于三个方面：
第一，光刻机价值量位列IC制造设备的榜首；第二，光刻机凝聚众多顶尖技术，壁垒极高；第三，光刻机定义集成电路尺寸，推动摩尔定律前进。
从成本上看，在整个集成电路的制造过程中，往往需要进行20~30次光刻工序，所以光刻一般会耗费总成本的30%，耗费时间约占整个硅片工艺的40%-60%。
而光刻机在所有IC制造设备中同样位居价值量榜首。从技术上看，光刻机是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备，是现代工业的集大成者。
光刻机集合了数学、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，其制造和研发需要高度的技术积累和持续的投入。光刻机具备极高的技术含量和单台价值量。
光刻机是延续摩尔定律和推进芯片制程技术节点演进的关键。根据摩尔定律，芯片制造商可以在保持相同成本的情况下，每两年将一片相同尺寸的集成电路晶片上的晶体管数量增加一倍，从而使得芯片集成度及性能不断提高，且单个晶体管平均造价以每年30%~35%的速度下降。
在该原则的指导下，半导体行业不断进行技术转型，芯片制程的技术节点不断发展，而该过程也伴随着光刻机的不断升级和创新。所以，光刻机是延续摩尔定律的关键。
光刻机有哪些分类？
根据工作原理进行分类，按照光刻时是否使用掩膜，将光刻机分为掩膜光刻以及无掩膜光刻。其中，掩膜光刻包含接触式光刻机、接近式光刻机和投影式光刻机；无掩膜光刻包含激光直写光刻机、纳米压印光刻机等。
光源是光刻机的核心构成之一，其波长决定了光刻机的工艺能力。光刻机根据光源不同可分成紫外（UV）光刻机、深紫外（DUV）光刻机、极紫外（EUV）光刻机三类。
紫外光刻机：采用汞灯，从g-line到i-line，波长从436nm至365nm，制程节点为800-250nm；
深紫外光刻机：采用准分子激光，从KrF到ArF/ArFi，对应波长为248nm-134nm，制程节点为180nm-7nm；
极紫外光刻机：是下一代光刻技术的一种，在7nm以下的最高端工艺上都会采用EUV光刻机。
需求端——行业规模
据SEMI发布的数据显示，2013-2022年全球半导体设备市场规模由318亿美元增长至1074亿美元，CAGR为14.5%；同期中国大陆半导体设备规模由34亿美元增长至283亿美元，CAGR为26.5%，显著高于全球水平。
随着消费电子、PC等下游市场的繁荣和5G、AI、云计算等新应用领域的拓展，全球半导体需求持续增长，进而推动了半导体厂商的资本开支进入上升周期，半导体设备市场规模也随之提升。
根据SEMI的数据，在晶圆制造的所有设备中，市场投资占比最高的是光刻机、刻蚀机和薄膜沉积设备，占整个半导体设备比重分别为24%、20%和20%，这三种设备合计市场规模占整个半导体设备比重为64%。
结合此前SEMI给出的2022年半导体设备市场1074亿美元的数据，按光刻机占半导体市场规模24%测算，半导体光刻机2022年市场规模达到258亿美元。
供给端——行业格局
从市场集中度来看，全球光刻机长期由荷兰、日本几家公司垄断，CR3（前三大公司市场份额）高达99%，行业集中度及进入壁垒极高。从高端光刻机出货量上看，荷兰公司凭借技术领先优势，独占2022年全球中高端光刻设备（包括EUV.ArFi及ArF）出货量的95%，而Nikon占据另外5%的份额。
工欲善其事，必先利其器。虽然我国光刻机起步较晚，但国产产业链正在努力追赶。我认为，鉴于光刻机不可或缺的产业地位，它的国产替代意义重大，其投资机会值得我们重点关注。
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