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也许，大家在新闻资讯中或多或少都听说过“光刻机”这一概念，但对它的印象可能停留在“中国向荷兰订购EUV光刻机，却受美国《瓦森纳协定》的限制而一直没能交付”，对它并没有太多深入的了解。没关系，本篇文章会给您做一个光刻机行业的解析，让您知道为何光刻机如此重要~
首先，我们先从半导体行业的整体格局说起。
半导体行业迎来超级周期
能源革命叠加计算革命，半导体迎来超级周期。 从21年开始，一方面，全球半导体的供给进入瓶颈期；而另一方面，当下正式新一轮超级周期的起点，在叠加了碳中和的能源革命（以锂电和光伏为核心）及计算革命（以电动车无人驾驶为核心）的推动下，下游对半导体的需求量呈现爆发式增长。供给不足的同时，下游需求激增，导致半导体行业出现严重缺货的现象。
随着科技创新与数字基建所需的新技术对半导体的需求持续增加，半导体产业将持续投入更高的资本支出，带动设备制造景气加温。而这仅仅是半导体超级周期的开始，这样的高速增长至少会持续2-3年时间。SEMI预估，今年全球半导体设备销售额将达953亿美元，年增34%，且在数字化转型的推动下，22年设备市场有望再创新高，突破1000亿美元大关。
在各行各业均缺芯的背景下，为了满足终端市场的需求，对芯片制造产能的提升，已经到了刻不容缓的地步。在这样的缺芯背景下，各大晶圆厂商纷纷扩建产能，以此来满足市面上芯片供不应求的现状。而要想生产芯片，就一定离不开有“半导体工业皇冠上的明珠”之称的精密制造设备——光刻机。
半导体工业皇冠上的明珠
材料和设备是制衡半导体制造的关键手，而光刻机是晶圆代工中最核心的制造设备，制造成本和技术门槛都很高。半导体芯片产业链分为IC设计、晶圆制造、封装封测三大环节。这三大环节均需要一定的材料和设备，才能设计/制作出客户所需的产品。作为前道工艺七大设备之首（光刻机、刻蚀机、镀膜设备、量测设备、清洗机、离子注入机、其他设备），光刻机所耗成本极大，20年在制造设备投资额中单项占比高达23%；技术要求极高，涉及精密光学、精密运动、高精度环境控制等多项先进技术。因此，光刻机被誉为半导体工业皇冠上的明珠。同时，作为半导体制造中不可或缺的精密设备，光刻机的工艺水平直接决定了半导体的制程和性能水平。
光刻机的工作原理：在IC制作过程中，光束穿过掩模及镜片，经物镜补偿光学误差，将线路图曝光在带有光感涂层的硅晶圆上，然后显影在硅片上。激光器作为光源，物镜补偿光学误差，是光刻机的核心设备，光刻机物镜系统一般由近20个直径为200～300mm的透镜组成。
光刻：最核心的工艺之一
光刻的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上，是IC制造的核心环节，也是整个IC制造中最复杂、最关键的工艺步骤。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。通过激光或电子束直接写在光掩模板上，然后用激光辐照光掩模板，晶圆上的光敏物质因感光而发生材料性质的改变，通过显影，便完成了芯片从设计版图到硅片的转移。
作为半导体生产制造流程中最复杂、最关键的步骤，光刻工艺难度最大、耗时最长、成本极高。芯片在生产过程中一般需要进行20~30次光刻，耗时约占整个芯片工艺的40～50%，总成本约占整个芯片制造成本的35%。
光刻流程小知识：当进行光刻时，光刻机需要将激光聚焦在晶圆的光刻胶那一层，通过重复光刻、清洗等步骤，最终将光刻胶完全去除。你可以将光刻机想象成一个照相机，假设你要拍的是人像，但相机并没有聚焦到人，而是聚焦到了后面的树，那么拍出来的人像就会糊掉。同理，如果光没有聚焦到光刻胶，而是聚焦到它的上面或下面，那么光刻胶就没有被“刻”掉。而本应被刻掉的部分，即使有后面的清洗环节，仍然可能会有残留，这将会使得电路不准，造成短路甚至断路，最终造成良率的降低。另外，由于光刻工艺是在纳米级别进行的，光刻机的dof（景深）、depth of focus（焦深），不是一般相机能够比拟的，再加上每一层光刻胶都非常薄，你需要聚焦得非常之精准，几乎不能出现一点偏差。综上所述，光刻流程对光刻机的精度要求极高。
光刻机的演变及历史转折
半导体设备行业门槛极高，处于寡头垄断局面。根据所用光源改进和工艺创新，光刻机经历了5代产品发展，每次光源的改进都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。放眼全球，目前能够量产光刻机的仅有ASML、尼康、佳能这三家，且集中度非常高，CR3高达99%。其中，ASML一家便占据近90%的市场份额，同时还是EUV（极紫外线）光刻机的独家供应商，可谓是光刻机领域的霸主——目前业内最先进的是采用波长13.5nm极紫外光的第五代EUV光刻机，可实现5nm工艺制程，技术要求极高，单台价值高达1.2亿欧元。
然而，ASML 并非一开始就是行业的领头羊：ASML 刚刚创立时，市占率不足 5%，而当时的尼康、GCA 各占 30%，差距悬殊。那么，ASML又是如何在光刻机技术节点的更新和重大变革中实现弯道超车，一步步登上霸主之位的呢？
攻克浸润式光刻技术，实现技术超车。20世纪90年代干式微影技术发展遇到瓶颈：光刻光源的波长无法从193nm缩短到157nm。当时的两大巨头尼康、佳能选择开发波长更低的光源，而ASML则选择与台积电合作，共同研究以林本坚提出的“浸润式光刻机技术”为基础的光刻机，并于03年研制成功，由此拿下台积电、IBM、英特尔等大客户的订单，市场份额快速提高。07年，公司在光刻设备领域的市占率达60%，成功超越尼康。
EUV光刻机市占率百分百，成就霸主之位。05年，摩尔定律陷入停滞，EUV（极紫外）光刻技术被认为是制程突破10nm的关键。但由于攻克该技术难度极高，需要持续且巨额的研发资金支持，尼康和佳能选择了放弃。而ASML仍坚持投入研发，并积极向外寻求研发支持和技术合作：
1）在政府经费方面，从欧盟第六框架研发计划中获得 2325 万欧元研发资助；
2）在合作伙伴方面，通过给予客户优先供货权，吸引客户（英特尔、三星、台积电）注资入股，以此筹得了 53 亿欧元研发资金；
3）在合作研发方面，联合 3 所大学、10 个研究所、15 个欧洲公司共同开展“More Moore”项目，大大推进了EUV技术的研发进程。
在巨额研发资金及顶尖人才的投入下，ASML终于在10年推出全球第一台EUV光刻机NXE：3100，随后在13年和17年陆续推出NXE：3300B和NXE：3400B。至此，ASML奠定了自己的王者地位。据统计，公司在最近五年时间内，仅合计交付了90台EUV光刻机，足以见其制造难度。但也正是由于研发、制造难度极大，才为阿斯麦提供了独一无二的护城河。目前在高端EUV光刻机领域，ASML处于绝对垄断地位，市占率为100%。
作为光刻机设备商龙头的阿斯麦，其出货量已成为了半导体行业景气度的前瞻指标。从半导体的供需周期来看，新晶圆制造厂从建立到生产的周期大概为2年，一般在第20个月的时候开始进行设备搬入安装、测试、试生产。因此，21年下半年晶圆厂进行设备安装，预期最快22年开始才能释放新产能，而台积电考虑23年再大量采购ASML的光刻机设备，以加装至新建厂房中，因此其大批量产能预期在23年后才能逐步落地。
另外，阿斯麦21年Q2新增订单2.71亿欧元，环比大增74.49%，远高于市场预期的27.3亿欧元。其中包括49亿欧元的EUV订单，待履行的订单金额总计达175亿欧元，BB（book-to-bill）值创新高。由此看来，半导体行业还需要一个较长的时间周期才能重新达到供需平衡，届时光刻机依旧会持续供不应求。
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投资没那么简单，但也不难。
但首先，你要拥有正确的金钱价值观和行之有效的投资策略。
知行合一，不做资本的韭菜。
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