在半导体设备行业，薄膜沉积设备成晶圆制造的核心设备之一

光刻是在掩模中转移几何形状图案的过程，是覆盖在表面的一层薄薄的辐射敏感材料(称为抗辐射剂) ，也是一种半导体晶片。 图5.1简要说明了光刻用于集成电路制造的工艺。 如图5.1(b)所示，辐射为通过口罩的透明部分传播，使其暴露光刻胶不溶于显影剂溶液，从而使之直接将掩模图案转移到晶圆上。

在定义模式之后，需要采用蚀刻工艺选择性地去除屏蔽部分基本层。光刻曝光的性能由三个参数决定: 分辨率、注册和吞吐量。 分辨率定义：半导体晶圆上的薄膜。 注册是衡量其准确性的一个指标连续掩模上的模式可以对齐或叠加在同一晶圆片上先前定义的图案。 吞吐量是数量每小时可以暴露在给定掩模水平下的晶圆。

光刻是平面型晶体管和集成电路生产中的一个主要工艺。是对半导体晶片表面的掩蔽物(如二氧化硅)进行开孔，以便进行杂质的定域扩散的一种加工技术。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。

硅片清洗烘干方法：湿法清洗+去离子水冲洗+脱水烘焙(热板150～250C,1～2分钟，氮气保护)目的：a、除去表面的污染物(颗粒、有机物、工艺残余、可动离子);b、除去水蒸气，使基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性(对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷)。

涂底方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸气淀积，200～250C,30秒钟;优点：涂底均匀、避免颗粒污染;b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性

旋转涂胶方法：a、静态涂胶(Static)。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂(原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%);b、动态(Dynamic)。低速旋转(500rpm_rotation per minute)、滴胶、加速旋转(3000rpm)、甩胶、挥发溶剂。决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度(Viscosity)，黏度越低，光刻胶的厚度越薄;旋转速度，速度越快，厚度越薄;影响光刻胶均匀性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀;与旋转加速的时间点有关。一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关(因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率)：I-line最厚，约0.7～3μm;KrF的厚度约0.4～0.9μm;ArF的厚度约0.2～0.5μm。

众所周知，芯片制造少不了各种设备，比如光刻机，刻蚀机、等离子注入机、清洗机等等，一条晶圆生产线，需要的设备上百种，设备采购成本占晶圆建设成本的60%+。而这些年，随着中国芯片热，大量企业造芯，而原有晶圆厂则在扩产，需要大量半导体设备。比如2021年，中国大陆就成全球最大半导体设备市场，所以半导体设备厂商在中国是赚得盆满钵满。数据显示，2021年中国大陆半导体设备市场规模高达296亿美元，同比增长了58%，其中自给率仅为27.4%，也就是说约1500亿元是从国外采购的。

而前五大半导体设备厂商分别是美国应用材料AMAT、阿斯麦尔ASML、泛林半导体LAM、东京电子TEL、科磊半导体KLA。这5大厂商中，在2021年时，除了ASML外，另外4大厂商第一大买家均是中国大陆。如上图所示，这是2021年前5大厂商的客户来源地分布情况，可以看到应用材料的营收中，33%是中国大陆贡献的。而泛林半导体的营收中，中国大陆贡献了35%。东京电子的营收中，中国大陆贡献了28.5%;而科磊半导体的营收中，中国大陆贡献了26%，这4大厂商，中国大陆都是最大买家。

至于ASML在2021年的营收中，中国大陆仅贡献了14.7%，排在第3名，在中国台湾、韩国之后。但是，在2022年一季度时，ASML的营收中，中国大陆已经贡献了34%，成ASML最大的客户，之后是韩国，占比为29%，再是中国台湾占比为22%。也就意味着全球前5大半导体设备厂商中，中国大陆都是最大买家了。这也说明中国大陆对前5大设备厂商的设备，有多依赖。这其实是一个比较严峻的问题，因为前5大半导体设备中，3家是美国的，1家是日本的，1家是荷兰的，这5家厂商都听美国的话，随时都有可能不卖设备给你，而我们基于进口设备来解决芯片问题，真不能太乐观，国产半导体设备必须崛起才行。

在半导体设备行业，目前国内光刻工序的相关设备正在逐步完善中。

光刻工序是芯片制造中最复杂、最关键的工艺步骤之一，主要包括涂胶、曝光、显影三大步骤。即：先用涂胶机将光刻胶涂覆在晶圆表面，然后使用光刻机进行曝光，曝光之后用显影机进行图形显影。

芯源微(688037.SH)是国内一家半导体专用设备生产厂商，其产品就包括光刻工序的涂胶显影设备。芯源微的一位销售人员向记者称，该公司是国内唯一一家生产半导体涂胶显影设备的上市公司。

芯源微在3月10日发布的年报中表示，公司生产的涂胶显影设备产品成功打破国外厂商垄断并填补国内空白，其中在集成电路前道晶圆加工环节已获得了多个前道大客户订单及应用，实现小批量替代。(注：集成电路制造前道主要包括晶圆加工环节，后道主要包括封装环节)。

薄膜沉积是半导体工艺三大核心步骤之一。薄膜沉积设备作为晶圆制造的核心设备之一，在晶圆制造环节设备投资占比仅次于光刻机，约占25%。根据SEMI 和Maximize Market Research 的统计，2020 年全球半导体设备市场规模达到712 亿美元，其中薄膜沉积设备市场规模约172 亿美元。目前，薄膜沉积设备中CVD 类设备占比最高，2020 年合计占比64%;溅射PVD 类设备占整体市场的21%。

PECVD 是薄膜设备中占比最高的设备类型，占整体薄膜沉积设备市场的34%。

多因素驱动国产薄膜沉积设备需求：

a)。 国内产线建设极大拉动国产设备需求。贸易摩擦背景下，半导体设备国产化诉求增强，长江存储、上海积塔、中芯国际、华虹、士兰微、合肥晶合等国内晶圆厂在新增产能建设过程中积极导入国产设备，极大拉动国内半导体设备需求。

b)。 芯片工艺进步及结构复杂化拉动高性能薄膜设备需求。以CVD 设备演进为例，过去主要为APCVD、LPCVD 设备，目前主流的PECVD 设备在相对较低的反应温度下形成高致密度、高性能薄膜，不破坏已有薄膜和已形成的底层电路，实现更快的薄膜沉积速度，未来HDPCVD、FCVD、ALD 应用有望增加。

c)。 制程升级带动薄膜沉积设备用量提升。以中芯国际为例，一条1 万片产能的180nm 8 寸晶圆产线CVD 和PVD 设备用量平均约为9.9 台和4.8 台，而一条1万片90nm 12 寸晶圆产线CVD 和PVD 设备用量分别可达42 台和24 台。

d)。 3D NAND 堆叠层数增加拉动薄膜沉积设备需求。存储器领域制造工艺中，目前增加集成度的主要方法是增大三维立体堆叠的层数，叠堆层数从32/64 层向128/196 层发展，每层均需要经过薄膜沉积工艺步骤，催生出更多设备需求。未来长江存储196 层3D NAND 突破和产能建设有望拉动更多国产薄膜沉积设备需求。

薄膜沉积设备国产化率估计仅5.5%(按设备数量口径)。近年来我国半导体设备国产化速度快速增长，但从整体看我国半导体行业制造仍需大量进口设备支持，国产化依然处于较低水平。我们统计了2020 年1 月1 日至2022 年2 月13 日国内部分主要晶圆制造产线的薄膜沉积设备招标情况，6 家厂商共招标薄膜沉积设备1060 台(仅PVD 和CVD 类设备)，国内厂商中标58 台，其中拓荆科技中标40 台(主要为PECVD 设备)，国内市占率为3.8%;北方华创中标18 台(主要为PVD 设备)，国内市占率1.7%。总体来看，目前国内薄膜沉积设备国产化率估计仅5.5%(按设备数量口径)。

半导体设备市场火热的背后，其实是各国想要赢下“芯片竞赛”的强烈动机。芯谋研究高级分析师张彬磊向《中国电子报》记者表示，全球各国的芯片自主供应意识都在提升。目前，美国、欧洲、韩国、中国、新加坡等芯片制造大国纷纷出台了支持半导体产业发展的政策，并且在芯片制造环节加大投入、积极扩产，全球由此进入了“芯片大战”的热战期。

随着各国芯片竞赛的愈演愈烈，全球半导体设备厂商在营收和利润方面有望继续刷新历史纪录。张彬磊对《中国电子报》记者说道，预计2022年全球半导体设备市场仍将呈现供不应求的情况。半导体设备的交期普遍需要1～2年，在这段时间内，全球半导体设备公司的业绩还将提升。预计2022年全球半导体整体市场规模将达到1200亿美元(2021年的市场规模约为1000亿美元)，增长幅度将超过20%。

日本厂商获利增幅位居前列

《中国电子报》记者了解到，在利润飙升的这九家半导体设备厂商中，日本厂商获得利润的增幅最猛，获利增幅位居前四位，在利润增长率方面超过海外企业。

我国光刻机一项核心技术已实现重大突破，这一突破，有望在光刻机技术上打破荷兰的垄断!

目前国际上只有三家公司能够生产步进扫描光刻设备，分别是荷兰的ASML、日本的NIKON 和CANON公司。

此前《一网荷兰》曾发文称，光刻机设备供应商ASML在举行电话会议时，其总裁Peter Wennink在会议上明确表示：高端的极紫光(EUV)光刻机永远不可能被中国模仿，况且中国在知识产权领域有良好的规定。

Wennink也解释了为何不害怕中国会模仿光刻机。

光刻机构成程序复杂，制造过程需要巨大的工程量。荷兰ASML是系统的集成商，他们是将百家公司的技术整合在一起，进而组合成一个全新光刻机。

这种机器有80000多个零件，其中有90%的零件由供应商提供，任何一方都不可能打造全部零件，通常需要各国合力打造。

Wennink表示，他们光刻机的制造集合了当下世界上最先进的各种前沿技术。其中各种反光镜以及其他光学部件来自于德国的蔡司，光源来自于美国的Cymer;计量设备来自于美国的世德科技;传送带来自于荷兰的VDL，而这世界上没有一个公司能够模仿他们。

同时，ASML的机器装有传感器，一旦检测到有异常情况发生，Veldhoven就会立刻响起警报。

Wennink其实说的特别直白：像高端的EUV光刻机，想要模仿是不可能的，就算你出高价去买，也不一定买得到。

现状下，我国的芯片就面临着被“卡脖子”，此前就出现过荷兰ASML迫于美国压力，扣留EUV设备出口到中国许可证的情况。

但现在，我国的光刻机技术也在逐步实现突破，一步步打破荷兰的垄断。

28nm国产光刻机千呼万唤不揭盖头，与A股炙手可热的国产半导体设备板块反差强烈，也让关注“芯片卡脖子”问题的国人多少有点郁闷。

不过，近日世界光刻机一哥ASML当家人的一席话，似又在郁闷中透露出一丝光亮。ASML的CEO温彼得(Peter Wennink)的原话较长，这里摘其大意：中国不太可能独立复制出顶尖的光刻技术……但我的意思并不是绝对不可能……永远别那么绝对，他们肯定会尝试的。

如果这话听起来说了很多又什么也没说，那么2021年4月温彼得撂出的话就一点也不含糊：“出口管制将加快中国自主研发，15年时间里他们将做出所有东西……中国完全掌握供应链之后，欧洲供应商将彻底失去市场。”简单说就是，中国的光刻机15年就能追上ASML，那时ASML只剩破产一条路。

目前，在EUV光刻技术这条赛道上挤满了欧洲、美国、日本、韩国等对手，他们都是行动一致的同盟，后来者很难撞开这堵墙，即使撞开也得不偿失。

EUV光刻技术是一个庞大的系统工程，光刻机是其中一个比较重要的环节，其它还包括光刻胶、掩膜、极高纯度晶圆、相配套的超高纯度化学清洗剂等等。如果把EUV光刻技术系统比作一个独立的世界，这个世界之庞大微妙，和我们熟知的“漫威宇宙”有一拼。在EUV光刻技术世界里，从“灭霸”到“惊奇队长”，甚至“路人甲”，都有自己的独门秘籍，即专利布局。

而从EUV光刻技术专利布局上，可以看出我们和国外的显著差距。

根据国家“02专项”服务团队编撰的《集成电路产业关键技术专利分析报告》(2018年出版)，在EUV光刻技术专利最早优先权国家/地区的对比中，日本占比为45.5%，排第一位，美国占比为30.27%，排第二位，第三位为德国，占比13.5%，中国大陆地区占比为1.13%。由于专利最早优先权国家/地区反映的是技术的来源地，因此上述数据表明，日本、美国和德国是EUV光刻技术最主要的技术产出国，三者合计占比达89.27%，基本上垄断了当前最先进的芯片制造技术领域(见下图)。