本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自eetime.jp

在日本制造商持續(xù)失去前端半導(dǎo)體制造設(shè)備市場份額的同時，佳能卻蓬勃發(fā)展，其納米壓印光刻（NIL）技術(shù)有望帶來光學(xué)光刻工藝的范式轉(zhuǎn)變。

2022年出現(xiàn)了一次特殊的新冠疫情熱潮，但這一熱潮在2023年結(jié)束，迎來了半導(dǎo)體衰退。這導(dǎo)致許多前端工藝設(shè)備（包括干蝕刻設(shè)備、檢測設(shè)備和CVD設(shè)備）的出貨額下降。不過，到了2024年，市場從衰退中復(fù)蘇，大多數(shù)設(shè)備的出貨額開始增長。此時，檢查設(shè)備按外觀檢查設(shè)備和缺陷檢查設(shè)備之和計算，清洗設(shè)備按單晶圓型和批次型之和計算，并制作成圖表（圖1）。

接下來，我們將各種前端工藝設(shè)備的公司份額、歐美份額以及2024年的市場規(guī)模匯總在一張幻燈片中（圖2）。從該圖中可以推斷出以下事實。

第一，各前道工藝設(shè)備市場份額主要被歐美日廠商占據(jù)，但中國廠商的崛起尤為顯著。其中，北方華創(chuàng)（6%）和中微電子（6%）在干法刻蝕設(shè)備領(lǐng)域的份額不斷提升，北方華創(chuàng)（12%）在PVD設(shè)備領(lǐng)域的份額不斷提升。

第二，市場規(guī)模超過百億美元的設(shè)備類型有四類，均由歐美廠商占據(jù)。其中，光刻設(shè)備244億美元為ASML（94.1%），干刻設(shè)備171億美元為Lam Research和Applied Materials（58.9%），視覺檢測設(shè)備143億美元為KLA和Applied Materials（69.6%），CVD設(shè)備115億美元為Applied Materials和Lam Research（62.3%）。

第三，日本在涂布顯影設(shè)備（94.5%）、垂直擴(kuò)散爐等熱處理設(shè)備（82.2%）、單晶圓清洗設(shè)備（63.5%）、批量清洗設(shè)備（73.5%）、掩模檢測設(shè)備（50%）、CD-SEM（65.5%）等領(lǐng)域占據(jù)主要份額。然而，這些設(shè)備的市場規(guī)模相對較小。

圖1：各類前道工序設(shè)備出貨金額趨勢 來源：摩根士丹利證券數(shù)據(jù)，根據(jù)作者研究制作

圖2：各前端制程設(shè)備廠商在歐洲、美國、日本的份額及市場規(guī)模（2024年）來源：摩根士丹利證券數(shù)據(jù)，根據(jù)筆者研究制作

簡而言之，前端設(shè)備市場主要由歐洲、美國和日本主導(dǎo)，超過100億美元的巨大市場主要由歐美制造商主導(dǎo)。與此同時，日本在六種設(shè)備類型中占據(jù)多數(shù)份額，但這些設(shè)備的市場規(guī)模并不大。那么，由此帶來的前端設(shè)備整體區(qū)域份額究竟如何呢？

日本前端設(shè)備區(qū)域市場份額持續(xù)下降

我第一次意識到這種危急情況是在2022年7月11日。從那時起，我一直在密切關(guān)注事態(tài)發(fā)展，但情況卻每況愈下。

圖3是截至2024年所有前端設(shè)備的地區(qū)市場份額趨勢圖。從圖中可以看出，直到2010年左右，日本還在與美國爭奪第一的位置。然而，自2011年以來，日本的市場份額急劇下降，到2023年將被歐洲超越，跌至第三位，到2024年，與歐洲的差距將進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖3：全球前端處理設(shè)備市場及區(qū)域份額 來源：摩根士丹利證券數(shù)據(jù)，根據(jù)作者研究制作

截至2024年，按地區(qū)劃分的市場份額將分別為美國44.3%、歐洲29.2%、日本21.7%、中國3.4%、韓國1.4%。需要注意的是，中國國內(nèi)前道工序設(shè)備的出貨額并非總是準(zhǔn)確，實際份額可能高于3.4%。如果真是這樣，日本不僅與美國和歐洲的差距將擴(kuò)大，而且還可能面臨來自中國的快速追趕。

那么，為何日本的市場份額在2011年后會急劇下降呢？為了找出原因，我們比較了2011年至2021—2024年各種前端制程設(shè)備的市場份額（圖4）。結(jié)果顯示，只有掩模版檢測設(shè)備的市場份額顯著上升，而幾乎所有其他設(shè)備的市場份額都在下降。換句話說，導(dǎo)致日本整體市場份額下降的并非某個特定的設(shè)備類別，而是自2011年以來大多數(shù)前端制程設(shè)備市場份額的下降。

圖4：日本各類前道工藝設(shè)備的市場份額（2011年→2021-2024年）來源：摩根士丹利證券數(shù)據(jù)，根據(jù)作者研究制作

這是一個極其棘手的問題，因為市場份額整體在下降，即使某些設(shè)備（如掩模檢測系統(tǒng)）的市場份額增加，也不足以彌補(bǔ)整體的下降。

作為作者，我可以這樣說：“我希望東京電子、Screen、荏原制作所、KOKUSAI、佳能、尼康、日立高新技術(shù)、Lasertec、東京精密等日本設(shè)備制造商盡一切努力恢復(fù)和擴(kuò)大其在各自領(lǐng)域的市場份額?！痹谶@樣的環(huán)境下，很明顯佳能在光刻設(shè)備領(lǐng)域做得非常好，下一節(jié)將會詳細(xì)討論。

光刻設(shè)備出貨金額占比及出貨量占比

圖5顯示了光刻設(shè)備市場各公司的市場份額，該市場在前端工藝設(shè)備中規(guī)模最大，為244億美元。截至1995年，日本公司合計占有77.6%的市場份額，其中尼康占48.9%，佳能占28.7%，ASML占15.9%。

圖5：光刻設(shè)備出貨額及各公司份額（截至2024年） 來源：摩根士丹利證券數(shù)據(jù)，根據(jù)作者研究制作

但隨后尼康、佳能的市場份額迅速下滑，ASML的份額則迅速擴(kuò)大，2006年ASML的市場份額突破60%，2010年突破80%，2021年更是達(dá)到了95%，此后一直維持在95%左右的高位，而截至2024年，日本廠商的市場份額仍然很小，ASML的市場份額為94.1%，尼康為2.5%，佳能為3.4%。

到目前為止，我們已經(jīng)了解了基于出貨額的市場份額，接下來我們將了解出貨臺數(shù)及其各公司的份額（圖6）。光刻設(shè)備的年出貨量在2017年左右一直保持在300臺左右，但此后開始增加，2023年達(dá)到681臺，2024年達(dá)到682臺，是2010年代初的兩倍多。

圖 6：各公司光刻設(shè)備出貨量及市場份額（截至 2024年）來源：摩根士丹利證券數(shù)據(jù)，根據(jù)作者研究制作

從出貨量份額來看，ASML 的份額基本穩(wěn)定在 60% 以上。與此同時，尼康的份額從 2011 年的 23.7% 急劇下降，到 2024 年將降至 4.7%。相比之下，佳能的份額從 2011 年的 14.5% 穩(wěn)步上升，到 2024 年將達(dá)到 32.7%。因此，在尼康出貨量低迷的同時，佳能的市場份額卻已接近ASML的一半以上。

那么，佳能擅長什么類型的光刻設(shè)備呢？

各公司各類光刻設(shè)備出貨量

圖 7：各公司各類光刻設(shè)備出貨量（2023 年、2024 年） 來源：摩根士丹利證券數(shù)據(jù)，根據(jù)作者研究制作

圖7顯示了2023年和2024年各公司各類光刻設(shè)備的出貨量。

首先，最先進(jìn)的光刻設(shè)備——極紫外（EUV）光刻設(shè)備，每臺成本約為308億日元，只有ASML一家供應(yīng)，2023年出貨53臺，2024年出貨44臺。各種光刻設(shè)備的價格是根據(jù)ASML的出貨臺數(shù)和金額計算出來。

對于每臺成本約為121億日元的ArF浸沒式打印機(jī)，2023年ASML出貨量為125臺，尼康出貨量為9臺。2024年，ASML出貨量為129臺，尼康出貨量為4臺。

對于每臺成本約為51億日元的ArF干激光器，2023年ASML出貨32臺，尼康出貨10臺；2024年ASML出貨29臺，尼康出貨7臺。

2023年ASML出貨184臺KrF，尼康2臺，佳能56臺，每臺售價約21億日元。2024年ASML出貨129臺，尼康持平于3臺，佳能出貨51臺，與上一年大致持平。

對于每臺成本約11億日元的i線打印機(jī)，2023年ASML出貨量為55臺，尼康為24臺，佳能為131臺，佳能表現(xiàn)遠(yuǎn)超ASML。2024年，ASML出貨量為44臺，尼康為18臺，均有所減少，而佳能出貨量為182臺，較上一年增加了50臺以上。

從上面可以看出，從各個機(jī)型來看，ASML在EUV和ArF浸沒式/干式方面保持著壓倒性的優(yōu)勢，但在KrF方面ASML出現(xiàn)了明顯的下滑，而佳能在i-line方面則占據(jù)著強(qiáng)勢地位。

接下來我們看一下各類光刻設(shè)備各公司的出貨份額。

各公司各類光刻設(shè)備出貨量占比

圖8顯示了2023年和2024年各類光刻設(shè)備的出貨量占比。至于EUV，目前只有ASML有能力制造，因此ASML的份額在2023年和2024年都將是100%。

圖8：各公司各類光刻設(shè)備出貨量占比（2023年、2024年）

對于ArF浸沒式光刻機(jī)，2023年ASML的市場占有率為93.3%，尼康為6.7%。到2024年，ASML的市場占有率為97.0%，尼康為3.0%，ASML仍保持壓倒性優(yōu)勢。

ArF干式方面，2023年ASML占比76.2%，尼康占比23.8%，而到了2024年，ASML占比將達(dá)到80.6%，尼康占比19.4%，也就是說相比ArF浸沒式，尼康擁有一定存在感。

對于KrF，2023年ASML占比76.0%，尼康占比0.8%，佳能占比23.1%。2024年，ASML將小幅下降至70.5%，尼康和佳能將小幅上升，分別占比1.6%和27.9%。

在i-line方面，佳能遙遙領(lǐng)先于其他競爭對手，到2023年，ASML的市場份額為26.2%，尼康為11.4%，佳能的市場份額將達(dá)到62.4%。此外，預(yù)計到2024年，ASML和尼康的市場份額將分別下降至18.0%和7.4%，而佳能的市場份額將擴(kuò)大至74.6%。

根據(jù)以上結(jié)果，圖 7 和圖 8 中顯示的每家公司的策略總結(jié)如下。

光刻設(shè)備廠商的策略

ASML的戰(zhàn)略可以簡單概括為“壟斷尖端EUV和尖端ArF浸沒式光刻技術(shù)”。

EUV和ArF浸沒式光刻技術(shù)是ASML業(yè)務(wù)的兩大支柱，尤其是在EUV領(lǐng)域，該公司已開始出貨高NA EUV（EXE:5200B），從而實現(xiàn)進(jìn)一步的微型化（圖9）。預(yù)計ASML將繼續(xù)集中經(jīng)營資源，致力于尖端光刻設(shè)備的開發(fā)。

圖9：ASML首款量產(chǎn)高NA EUV 來源：ASML 2025年第二季度財務(wù)業(yè)績

尼康除了EUV之外，其他所有類型的光刻設(shè)備均有出貨，但在ArF浸沒式光刻和ArF干式光刻方面明顯落后于ASML，在KrF和i線光刻方面更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于佳能。鑒于這種情況，尼康似乎不太可能對其光刻設(shè)備業(yè)務(wù)制定明確的戰(zhàn)略。

另一方面，佳能很早就放棄了EUV和ArF的開發(fā)，轉(zhuǎn)而將經(jīng)營資源集中于KrF和i-line。尤其在i-line領(lǐng)域，佳能占據(jù)了74.6%的絕對份額，雖然整體出貨量低于ASML，但在i-line和KrF領(lǐng)域依然占據(jù)著穩(wěn)固的地位。

在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，從計劃于2025年開始量產(chǎn)的尖端2nm工藝，到超老舊節(jié)點，i-line工藝的應(yīng)用非常廣泛。從這個意義上來說，佳能專注于基礎(chǔ)技術(shù)的戰(zhàn)略非常出色。而佳能擁有的堪稱“王牌”的技術(shù)將進(jìn)一步強(qiáng)化這一戰(zhàn)略。

納米壓印光刻技術(shù)會帶來范式轉(zhuǎn)變嗎？

如圖10的上圖所示，傳統(tǒng)的光學(xué)光刻工藝按照以下步驟進(jìn)行。

1)將光刻膠涂在晶圓上。

2)用光通過光罩照射光刻膠，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

3)涂上顯影液，去除已發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的光刻區(qū)域，形成光刻膠圖案。

圖10：光學(xué)光刻和納米壓印光刻的原理差異。來源：佳能網(wǎng)站

為了形成更精細(xì)的圖案，需要縮短光的波長，結(jié)果，光刻設(shè)備已經(jīng)發(fā)展成為令人眼花繚亂的昂貴設(shè)備，包括i-line（11億日元），KrF（21億日元），ArF干式（51億日元），ArF浸沒式（121億日元）和EUV（308億日元）。

另一方面，佳能與鎧俠（原東芝存儲器）聯(lián)合開發(fā)的納米壓印光刻技術(shù)（NIL）是一種成本更低、更簡單的精細(xì)圖案形成方法。其原理如圖10下圖所示。

1)使用噴墨技術(shù)，將光刻膠以液滴形式噴印到晶圓上。

2)將刻有電路圖案的掩模版（模板）壓在光刻膠上，并利用紫外線使光刻膠固化。

3)剝離掩模版，形成精細(xì)的光刻膠圖案。

本質(zhì)上，NIL 是通過將類似“印章”的掩模壓入晶圓上的光刻膠中來創(chuàng)建圖案的，因此，NIL 的設(shè)備成本并不像 EUV 那樣高昂。

然而，由于NIL技術(shù)要求掩模版與光刻膠緊密貼合，因此掩模版上的任何異物都會被視為缺陷。這是最大的問題。如果能夠克服這個問題，或者能夠容忍一定的良率下降，NIL技術(shù)有可能帶來光刻技術(shù)的范式轉(zhuǎn)變。

佳能光刻設(shè)備業(yè)務(wù)的未來展望

本文首先表明日本在各地區(qū)整體前端工藝設(shè)備市場的份額持續(xù)下降，并明確了從2011年到2021—2024年，日本制造商在幾乎所有前端工藝設(shè)備的份額都有所下降。

在此背景下，佳能在光刻設(shè)備領(lǐng)域的出貨量表現(xiàn)不俗，盡管在出貨金額方面遠(yuǎn)遜于ASML。尤其佳能將經(jīng)營資源集中于KrF和i-line領(lǐng)域，尤其是i-line領(lǐng)域，取得了遠(yuǎn)超ASML的市場份額。

此外，佳能表示正在開發(fā)納米壓印光刻技術(shù)（NIL），該技術(shù)能夠以更低的成本和更簡單的方式形成精細(xì)圖案。雖然NIL存在異物導(dǎo)致缺陷的問題，但與價值超過300億日元的EUV光刻設(shè)備相比，NIL成本極低，并有可能帶來光刻技術(shù)的范式轉(zhuǎn)變。

如果NIL技術(shù)在半導(dǎo)體量產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，它將削弱ASML在EUV和ArF浸沒式技術(shù)方面的霸主地位，而佳能也將能夠?qū)IL技術(shù)打造成新的業(yè)務(wù)支柱。NIL技術(shù)除了i-line和KrF之外，還能處理尖端的微型化工藝。我們將持續(xù)關(guān)注佳能在NIL技術(shù)實際應(yīng)用方面的未來動向。