三大巨头行业垄断 中国“芯”危机

　　芯片的重要性不言而喻，芯片制造的难度也与它的重要性成正比。一颗小小的芯片，从设计到制造，按照产业链环节划分，可以分为IC设计、材料、晶圆代工、设备、封装测试五个领域。

　　这一系列过程所用设备，可分为晶圆制造设备、封装设备和测试设备等。晶圆制造设备又分为刻蚀机、光刻机、薄膜沉设备、CMP设备、检测设备等。

　　其中，难度最大的就是光刻机，光刻也是制造和设计的纽带。

　　技术与资金是光刻机两大梦魇

　　光刻机的制造难度首先体现在技术上。一台普通的光刻机大概拥有三万多个部件，可以说每个部件科技含量都非常高。其中难以攻克的瓶颈主要集中在透镜、掩膜版、光源、能量控制器等。

　　光源方面，必须要稳定、高质量地提供指定波长的光束。而能量控制器，也就是电源。电源要稳定、功率要足够大，否则光源发生器没办法稳定工作。此外，在大、稳的同时，还要考虑经济性能。

图：光刻机简易工作原理

 　　掩膜版通俗点理解，相当于过去用胶片冲洗照片时的底片。底片如果精度不够，是洗不出来高精度照片的。光刻机施工前，要根据设计好的芯片电路图制作掩膜板。掩膜板材质是石英玻璃，玻璃上有金属铬和感光胶。通过激光在金属铬上绘制电路图。

　　透镜是用光学原理，将掩膜版上的电路图按比例缩小，再用光源映射的硅片上。光在多次投射中会产生光学误差。所以要控制误差，这些部件对精度要求都极高，全都是纳米级精度，就连测量台移动的控制器，也是纳米级精度。

　　除了技术难度，其次是资金上的困难。巨额的研发资金投入，让很多公司面临倒闭或者停产，以至于如今全球能生产光刻机的国家或公司寥寥无几。

　　全球洗牌，光刻机已成寡头市场

　　历史上，从全球角度来看，荷兰的ASML，日本的Nikon、Canon、Hitachi，美国的GCA、SVG、Ultratch、ASET、Perkin-Elmer、Eaton，民主德国的Zeiss都曾在光刻机制造的历史上留下自己的身影。

　　随着时间的推移，工艺技术的进步，光刻机真正的成为了“寡头”市场。上述企业有的已经退出光刻机市场，有的被收购，有的转战先进封装用光刻机市场。

　　目前全球半导体前道用光刻机的生产厂商有4家，分别是荷兰的ASML、日本的Nikon、Canon和上海微电子（SMEE）。其中ASML更是以巨大的优势，一家独占7成的市场。紧随其后的是Canon与Nikon，上海微电子暂无市场份额。

　　ASML脱胎于飞利浦光刻设备研发小组。飞利浦从1971年开始，在此前开发的透镜式显影装备基础上，开发透镜式非接触光刻设备。随后一段传奇的产业经历让ASML杀出重围，并于1995年上市。2000年推出TWINSCAN双工件台光刻机，ASML一举奠定霸主地位；随后进入EUV时代，ASML终于是一骑绝尘，可能已无人能比肩了。

　　几乎与ASML同时代，Canon公司1970年也涉足半导体制造设备领域, 凭借世界领先的光学及精密机械生产技术，从研制2：1缩小投影和接触接近式光刻设备起步，先后向世界市场投放了PLA系列步进式、MPA系列等倍扫描式、投影式和FPA系列步进缩小投影式、扫描式三大系列的光学光刻设备约10000台，但由于公司在技术上的决策失误，从2008年逐步退出半导体用光刻机市场。

　　Nikon的起步要稍晚一些，1980年代，Nikon开始进入半导体制造领域，在近40年的光刻机研究与开发中，已向世界各国或地区销售了各种光刻机超过9000多台，曾创下年销量900台的纪录，不过自2008年和2009年丢失台湾、韩国市场，Nikon开始一蹶不振，出货量急速下滑。

　　根据三家公司17年财报显示，2017年全球晶圆制造用光刻机台出货294台，其中ASML就出货198台，占全球近7成的市场。其中EUV光刻机11台，ArFi光刻机76台，ArF光刻机14台，KrF光刻机71台，i-line光刻机26台。

　　Canon出货70台，占比24%，集中在低端产品，其中KrF光刻机20台，i-line光刻机50台。

　　Nikon出货26台光刻机，占有率不足10%，其中ArFi光刻机6台，ArF光刻机8台，KrF光刻机2台，i-line光刻机10台。

　　EUV（Extreme Ultra-violet），常称作极紫外光刻，它以波长为10-14nm的极紫外光作为光源的光刻技术，可以制作32nm以下制程的芯片。ArFi、ArF、KrF，长称作深紫外光刻，它们分别以波长为157nm、193nm、248nm的深紫外光作为光源的光刻技术。ArF以上被称作高端光刻机。

　　顶级技术EUV垄断，追赶之路漫漫

　　到了2018年，据财报显示，三巨头半导体用光刻机出货374台，较2017年的294台增加80台，增长27.21%。而从EUV、ArFi、ArF机型的出货来看，全年共出货134台。其中ASML出货120台，占有9成的市场。

　　至此，高端光刻机市场已经被ASML垄断，且更为关键的是，最先进的7nm制程的EUV光刻机只有ASML一家公司可以生产，再无第二家，如果想要生产最先进的芯片，就必须要和它合作，且有价无市。

　　近年来我国虽然在半导体领域不断追赶，上海微电子也有了自己的光刻机，但只能用于90nm制程的芯片制造，虽然只是80nm的差距，但所需的技术可能相差从地球到太阳的距离。EUV技术是人类科学史上的奇迹，短期国内在光刻机领域实现突破的可能性几乎为0。