在日本制造商持续失去前端半导体制造设备市场份额的同时，佳能却蓬勃发展，其纳米压印光刻（NIL）技术有望带来光学光刻工艺的范式转变。 2022年出现了一次特殊的新冠疫情热潮，但这一热潮在2023年结束，迎来了半导体衰退。这导致许多前端工艺设备（包括干蚀刻设备、检测设备和CVD设备）的出货额下降。不过，到了2024年，市场从衰退中复苏，大多数设备的出货额开始增长。此时，检查设备按外观检查设备和缺陷检查设备之和计算，清洗设备按单晶圆型和批次型之和计算，并制作成图表（图1）。 接下来，我们将各种前端工艺设备的公司份额、欧美份额以及2024年的市场规模汇总在一张幻灯片中（图2）。从该图中可以推断出以下事实。 第一，各前道工艺设备市场份额主要被欧美日厂商占据，但中国厂商的崛起尤为显著。其中，北方华创（6%）和中微电子（6%）在干法刻蚀设备领域的份额不断提升，北方华创（12%）在PVD设备领域的份额不断提升。 第二，市场规模超过百亿美元的设备类型有四类，均由欧美厂商占据。其中，光刻设备244亿美元为ASML（94.1%），干刻设备171亿美元为Lam Research和Applied Materials（58.9%），视觉检测设备143亿美元为KLA和Applied Materials（69.6%），CVD设备115亿美元为Applied Materials和Lam Research（62.3%）。 第三，日本在涂布显影设备（94.5%）、垂直扩散炉等热处理设备（82.2%）、单晶圆清洗设备（63.5%）、批量清洗设备（73.5%）、掩模检测设备（50%）、CD-SEM（65.5%）等领域占据主要份额。然而，这些设备的市场规模相对较小。 简而言之，前端设备市场主要由欧洲、美国和日本主导，超过100亿美元的巨大市场主要由欧美制造商主导。与此同时，日本在六种设备类型中占据多数份额，但这些设备的市场规模并不大。那么，由此带来的前端设备整体区域份额究竟如何呢？ 图3是截至2024年所有前端设备的地区市场份额趋势图。从图中可以看出，直到2010年左右，日本还在与美国争夺第一的位置。然而，自2011年以来，日本的市场份额急剧下降，到2023年将被欧洲超越，跌至第三位，到2024年，与欧洲的差距将进一步扩大。 截至2024年，按地区划分的市场份额将分别为美国44.3%、欧洲29.2%、日本21.7%、中国3.4%、韩国1.4%。需要注意的是，中国国内前道工序设备的出货额并非总是准确，实际份额可能高于3.4%。如果真是这样，日本不仅与美国和欧洲的差距将扩大，而且还可能面临来自中国的快速追赶。 那么，为何日本的市场份额在2011年后会急剧下降呢？为了找出原因，我们比较了2011年至2021—2024年各种前端制程设备的市场份额（图4）。结果显示，只有掩模版检测设备的市场份额显著上升，而几乎所有其他设备的市场份额都在下降。换句话说，导致日本整体市场份额下降的并非某个特定的设备类别，而是自2011年以来大多数前端制程设备市场份额的下降。 这是一个极其棘手的问题，因为市场份额整体在下降，即使某些设备（如掩模检测系统）的市场份额增加，也不足以弥补整体的下降。 作为作者，我可以这样说："我希望东京电子、Screen、荏原制作所、KOKUSAI、佳能、尼康、日立高新技术、Lasertec、东京精密等日本设备制造商尽一切努力恢复和扩大其在各自领域的市场份额。"在这样的环境下，很明显佳能在光刻设备领域做得非常好，下一节将会详细讨论。 图5显示了光刻设备市场各公司的市场份额，该市场在前端工艺设备中规模最大，为244亿美元。截至1995年，日本公司合计占有77.6%的市场份额，其中尼康占48.9%，佳能占28.7%，ASML占15.9%。 但随后尼康、佳能的市场份额迅速下滑，ASML的份额则迅速扩大，2006年ASML的市场份额突破60%，2010年突破80%，2021年更是达到了95%，此后一直维持在95%左右的高位，而截至2024年，日本厂商的市场份额仍然很小，ASML的市场份额为94.1%，尼康为2.5%，佳能为3.4%。 到目前为止，我们已经了解了基于出货额的市场份额，接下来我们将了解出货台数及其各公司的份额（图6）。光刻设备的年出货量在2017年左右一直保持在300台左右，但此后开始增加，2023年达到681台，2024年达到682台，是2010年代初的两倍多。 从出货量份额来看，ASML 的份额基本稳定在 60% 以上。与此同时，尼康的份额从 2011 年的 23.7% 急剧下降，到 2024 年将降至 4.7%。相比之下，佳能的份额从 2011 年的 14.5% 稳步上升，到 2024 年将达到 32.7%。因此，在尼康出货量低迷的同时，佳能的市场份额却已接近ASML的一半以上。 首先，最先进的光刻设备——极紫外（EUV）光刻设备，每台成本约为308亿日元，只有ASML一家供应，2023年出货53台，2024年出货44台。各种光刻设备的价格是根据ASML的出货台数和金额计算出来。 对于每台成本约11亿日元的i线打印机，2023年ASML出货量为55台，尼康为24台，佳能为131台，佳能表现远超ASML。2024年，ASML出货量为44台，尼康为18台，均有所减少，而佳能出货量为182台，较上一年增加了50台以上。 从上面可以看出，从各个机型来看，ASML在EUV和ArF浸没式/干式方面保持着压倒性的优势，但在KrF方面ASML出现了明显的下滑，而佳能在i-line方面则占据着强势地位。 在i-line方面，佳能遥遥领先于其他竞争对手，到2023年，ASML的市场份额为26.2%，尼康为11.4%，佳能的市场份额将达到62.4%。此外，预计到2024年，ASML和尼康的市场份额将分别下降至18.0%和7.4%，而佳能的市场份额将扩大至74.6%。 EUV和ArF浸没式光刻技术是ASML业务的两大支柱，尤其是在EUV领域，该公司已开始出货高NA EUV（EXE:5200B），从而实现进一步的微型化（图9）。预计ASML将继续集中经营资源，致力于尖端光刻设备的开发。 尼康除了EUV之外，其他所有类型的光刻设备均有出货，但在ArF浸没式光刻和ArF干式光刻方面明显落后于ASML，在KrF和i线光刻方面更是远远落后于佳能。鉴于这种情况，尼康似乎不太可能对其光刻设备业务制定明确的战略。 另一方面，佳能很早就放弃了EUV和ArF的开发，转而将经营资源集中于KrF和i-line。尤其在i-line领域，佳能占据了74.6%的绝对份额，虽然整体出货量低于ASML，但在i-line和KrF领域依然占据着稳固的地位。 在半导体制造领域，从计划于2025年开始量产的尖端2nm工艺，到超老旧节点，i-line工艺的应用非常广泛。从这个意义上来说，佳能专注于基础技术的战略非常出色。而佳能拥有的堪称"王牌"的技术将进一步强化这一战略。 为了形成更精细的图案，需要缩短光的波长，结果，光刻设备已经发展成为令人眼花缭乱的昂贵设备，包括i-line（11亿日元），KrF（21亿日元），ArF干式（51亿日元），ArF浸没式（121亿日元）和EUV（308亿日元）。 另一方面，佳能与铠侠（原东芝存储器）联合开发的纳米压印光刻技术（NIL）是一种成本更低、更简单的精细图案形成方法。其原理如图10下图所示。 然而，由于NIL技术要求掩模版与光刻胶紧密贴合，因此掩模版上的任何异物都会被视为缺陷。这是最大的问题。如果能够克服这个问题，或者能够容忍一定的良率下降，NIL技术有可能带来光刻技术的范式转变。 本文首先表明日本在各地区整体前端工艺设备市场的份额持续下降，并明确了从2011年到2021—2024年，日本制造商在几乎所有前端工艺设备的份额都有所下降。 在此背景下，佳能在光刻设备领域的出货量表现不俗，尽管在出货金额方面远逊于ASML。尤其佳能将经营资源集中于KrF和i-line领域，尤其是i-line领域，取得了远超ASML的市场份额。 此外，佳能表示正在开发纳米压印光刻技术（NIL），该技术能够以更低的成本和更简单的方式形成精细图案。虽然NIL存在异物导致缺陷的问题，但与价值超过300亿日元的EUV光刻设备相比，NIL成本极低，并有可能带来光刻技术的范式转变。 如果NIL技术在半导体量产中得到广泛应用，它将削弱ASML在EUV和ArF浸没式技术方面的霸主地位，而佳能也将能够将NIL技术打造成新的业务支柱。NIL技术除了i-line和KrF之外，还能处理尖端的微型化工艺。我们将持续关注佳能在NIL技术实际应用方面的未来动向。
