2024年已經過去，在這一年里雖然消費類電子市場略顯低迷，但是在人工智能（AI）熱潮以及電動汽車市場的帶動下，2024年全球半導體銷售額預計將同比增長16%，達到創紀錄的6112億美元。這也推動了對于半導體制造設備的需求，2024年全球半導體設備市場規模將有望同比增長6.5%，達到1130億美元。預計2025年全球半導體設備市場規模將比同比增長7.1%至約1210億美元，2026年將進一步增長到1390億美元。
近期，全球光刻機大廠ASML在“2024 Investor Day Meeting”（2024投資者日）活動上，對于半導體產業現狀及未來發展趨勢進行了分享，剖析了推動半導體設備市場的持續增長的四大關鍵驅動力：AI服務器市場的持續增長（對于先進制程的需求）、成熟制程市場的持續擴張、前端3D集成的趨勢、先進封裝市場的旺盛需求。
可以說，作為全球光刻設備龍頭大廠，ASML從其自身視角出發，充分展示了對于半導體制造技術演進及市場需求走向的深刻洞察，以及自身的應對之策。
全球半導體生態持續繁榮，中國廠商展露頭角
盡管2023年全球半導體市場經歷了“寒冬”（Gartner數據顯示：2023年全球半導體收入總額同比下降 11.1%至5330億美元），但是ASML公布的數據指出，整個半導體生態系統（包括半導體設備產業、半導體制造業、芯片設計業、終端硬件產業、軟件和服務產業）在2023年仍產生了超過8650億美元的息稅前利潤（EBIT）。其中，僅英特爾晶圓代工業務、三星半導體業務、SK海力士、美光、鎧俠等少數頭部半導體廠商（且以存儲廠商為主，主要受存儲市場需求下滑和價格下跌影響）出現了虧損。
值得一提的是，ASML每次投資者日（每兩年舉辦一次）都會展示由其獨家整理的半導體生態內相關企業營收的分布圖，與上次分布圖對比，從產業鏈的各個維度，越來越多的中國企業出現在上面。比如中國大陸的華為、騰訊、阿里巴巴、中國移動，以及中國臺灣的臺積電和富士康等。從整個半導體生態息稅前利潤占比來看，華為與思科的占比相近、中國移動與Verizon占比相近，但其他中國廠商與國外同類頭部企業仍存在差距。
如果以營收規模來看，近年來半導體生態系統中的中國企業增長也是非常的迅速。比如國產晶圓代工大廠中芯國際，其2024年第三季度的營收環比增長14%至21.7億美元，市場份額環比增長0.3個百分點至6%，已連續數個季度穩居全球第三大晶圓代工企業，僅次于臺積電和三星。晶合集成2024年第三季度也以3.32億美元（環比增長約10.7%）營收，0.9%的市場份額，維持排名第十。此外，國產半導體設備龍頭北方華創2023年營收同比大漲50.32%至220.79億元，2024年則有望突破250億元，雖然與頭部的美日半導體設備大廠仍有不小差距，但仍可能超越愛德萬測試（預計截至2025年3月的2024財年營收5250日元，約合人民幣242.8億元），成為全球第七大半導體設備供應商。
從R?&D研發投入的角度來看，整個半導體生態系統中的企業已將其約一半的息稅前利潤（EBIT）進行再投資，以推動長期創新和增長。近十年（2015年-2024年）來整個半導體生態系統的研發投入都在以約12%的年復合增長率在增長，這也直接推動了包括人工智能、新能源汽車/自動駕駛、智能手機等領域的發展創新，以及這些產業對于半導體需求的增長。
全球半導體設備市場持續增長，AI服務器市場成最強驅動力
根據世界半導體貿易統計組織（WSTS）的預測數據顯示，2024年全球半導體銷售額預計將同比增長19%，達到創紀錄的6269億美元。預計2025年半導體銷售額將達6972億美元，同比增長11.2%。
根據ASML給出的預測數據，到2030年全球半導體銷售額將超過1萬億美元，2025年至2030年間的年復合增長率約為9%。
在半導體銷售額持續增長的同時，特別是在中美歐日韓等全球主要國家和地區大力持續發展本土半導體制造業的背景下，也推動了全球半導體設備市場的增長。根據國際半導體協會（SEMI）2024年11月發布的預測報告稱，2024年全球半導體設備市場規模將同比增長6.5%，達到1130億美元。預計2025年全球半導體設備市場規模將比同比增長7.1%至約1210億美元，2026年將進一步增長到1390億美元。
SEMI認為，未來全球半導體設備市場的增長，主要得益于對領先技術的需求不斷增長、新的芯片架構的引入，包括尖端制程向全環繞柵極（GAA）的過渡，以及晶圓廠產能擴張對于設備購買需求的增加等。
在近期的投資者日活動上，ASML也表示，鑒于半導體在多種社會宏觀趨勢中的關鍵推動作用，該行業的長期發展前景依然樂觀，除了多個重要終端市場的增長潛力外，得益于人工智能可能成為推動社會生產力和創新的下一個重大驅動力，ASML認為，人工智能的崛起為半導體行業帶來了顯著機遇。ASML對2030年的營收預測設在了440億至600億歐元之間，同時預估毛利率在56%到60%區間，這一目標與2022年投資者日發布的計劃保持一致，顯示出公司在全球半導體領域的戰略穩定性及其持續發展的潛力。
從未來終端市場的需求變化來看，ASML預測，2025-2030年全球智能手機復合年增長率為5%，消費電子產品為3%，汽車為9%，雖然均低于此前預測的6%、9%和14%。但是AI數據中心市場預測已從13%的復合年增長率上調至18%，預計AI服務器市場將在2030年增長至3500億美元。這將推動對高性能AI芯片、先進DRAM（包括HBM）及NAND芯片需求的增長。
ASML預計，由于數據中心市場對于尖端制程的AI芯片和先進DRAM芯片的需求增長，以及AI智能手機、AI PC、自動駕駛等市場對于尖端制程芯片需求的增長，將持續驅動對于極紫外光（EUV）光刻技術的需求。預計2025-2030年，先進邏輯應用的EUV光刻技術支出復合年增長率為10%-20%，先進DRAM應用EUV光刻技術支出的復合年增長率為15%-25%。這得益于先進邏輯和DRAM芯片對EUV設備的需求增加、新晶圓廠的建設以及更高的價格。
成熟制程市場持續增長，DUV光刻機仍是主力
雖然目前AI芯片、智能手機處理器、PC處理器、汽車自動駕駛芯片這類高性能計算芯片都依賴于先進制程制造工藝，但是AI服務器、智能手機、PC當中成熟制程芯片仍占據著絕對數量，更為廣泛的家電、網絡等IT產品當中也都遍布著成熟制程芯片。TrendForce的數據顯示，2023~2027年全球晶圓代工產能當中，成熟制程（28nm以上）產能比將維持在約70%。這也意味著未來成熟制程產能的增長仍將遠超先進制程。
ASML在投資者日活動上公布的預測數據也顯示，雖然2024-2030年全球基于EUV曝光的晶圓在全球晶圓出貨中的占比增長很快，但是從整個市場來看，基于DUV（包括i-Line、KrF、ArF、ArFi）曝光的晶圓仍將是絕對的主導，占比約四分之三。其中，i-Line、KrF、ArF光刻機都主要被用于成熟制程制造，同時大部分的ArFi光刻機也多被應用于成熟制程芯片的制造（比如NXT:1980Di等DUV光刻機的分辨率均為≤38nm），雖然部分ArFi光刻機通過多重曝光可以做到7nm制程，但是會缺乏成本效益。
從ASML 2024年第三季度的財報來看，雖然其EUV光刻機的銷售額占據了35%的凈系統銷售額占比，但是其DUV系統占比仍高達65%。如果從出貨量占比來看，DUV光刻機占比更是高達約95%。值得一提的是，已經銷售出去的大量的面向成熟制程的DUV光刻機的售后維護也是ASML的一項重要的收入來源。
△ASML 2024年第三季度凈系統銷售情況（圖片來源：ASML）
ASML表示，“DUV光刻機現在是、未來也將繼續是該半導體制造行業的主力。我們繼續為先進和主流半導體客戶提供浸潤式DUV系統（ArFi光刻機）組合，以滿足產能增長和更高生產率的需求。我們的XT和NXT系列干式DUV系統（ArF光刻機）產品組合繼續為客戶提供性能上的靈活性，并通過建立通用性和運營效率來提供最佳的技術成本。我們還通過將產品壽命延長至20年以上，并通過多樣化的服務和升級組合提高生產率，不斷優化已安裝的6000多套DUV系統。”
ASML還依據其總結的全景光刻價值公式指出，通過提升圖形化良率、分辨率、精度和生產效率這四個關鍵的光刻要素，并持續優化系統成本、設備使用壽命、運營成本和環境成本，其DUV戰略和產品組合解決了整體光刻過程中一系列全面的價值和成本考量，可為其客戶提供降本增效的解決方案。
△ASML全景光刻價值公式（圖片來源：ASML）
需要指出的是，近兩年來，在美日荷限制先進半導體設備對華出口的背景之下，中國半導體設備市場規模仍然保持了快速的增長，并且增速高于全球平均水平，持續成為全球最大的半導體設備市場。
根據SEMI數據，2022年、2023年中國大陸半導體設備市場規模分別達到282.7億美元、356.97億美元，增速明顯高于全球。2024年中國大陸的半導體制造設備采購支出，將有望首次達到400億美元的歷史新高，相比之前預計的350億美元上調了約14.3%。
而中國半導體設備市場采購支出的持續增長，主要受益于中國大陸電子產業鏈的需求增長，如手機、消費電子、電動汽車等。另一方面也是由于中美競爭加劇，先進制程發展受限，迫使中國大陸轉向提高成熟制程半導體芯片自給自足率。而全球主要的半導體設備供應商也受益于中國大陸市場對于成熟制程設備的旺盛需求，推動了他們在中國大陸市場營收的增長。
根據市場研究機構Counterpoint Research 2024年11月發布的研究報告顯示，2024年前三季度，前五大晶圓制造設備廠商來自中國市場的總收入同比大漲了48%，占凈系統銷售額的42%，而去年同期的占比為29%。這一成長主要得益于來自成熟制程和存儲相關設備的強勁需求。
以ASML為例，近兩年來其來自中國區的凈系統銷售額占比令人矚目，取得了不錯的增長。盡管ASML預計未來來自中國大陸的營收占比將恢復至20%，趨向歷史正常水平，ASML仍非常看好未來中國大陸市場對于成熟制程設備的需求增長所帶來的機會。
在2024年上海召開的進博會上，ASML還面向國內客戶展示了其受歡迎的幾款DUV機型——NXT: 1470、NXT: 870。ASML官方資料顯示，這兩款從XT氣浮平臺升級至NXT磁浮平臺的干式DUV產品，能顯著提升產能并降低單位成本，其中NXT:1470 是ASML 第一款應用NXT平臺并可實現每小時晶圓產量達300片以上的機型。
前端3D集成帶來新機會
ASML還進一步指出，預計前端3D集成將為NAND、DRAM以及邏輯制程帶來新的光刻機會。
首先，在NAND方面，目前頭部的3D NAND大廠都已經量產了200層以上的3D NAND，接下來都將開始往300層，甚至400層以上邁進。2024年11月，SK海力士宣布即將開始量產全球最高的321層3D NAND；三星隨后也宣布將在國際固態電路會議（ISSCC）上展示新的超過400層3D NAND，接口速度為5.6 GT/s。3D NAND堆疊的層數越多，對于光刻的需求量自然也就越大，并且前端的集成還將會由原來的NAND陣列（Array）+CMOS電路層堆疊，轉向NAND陣列+NAND陣列+CMOS電路層堆疊，會帶來更多的NAND晶圓光刻需求和混合鍵合（Hybrid Bonding）需求。
其次，在DRAM方面，雖然利用EUV技術能夠進一步提升DRAM的集成度和性能，但是成本也是越來越高，因此三星、SK海力士等DRAM大廠都在探索3D DRAM技術：一種是，通過改進晶體管架構，即VCT（垂直溝道晶體管）DRAM來實現3D DRAM；另一種就是以類似3D NAND的方式來做3D DRAM。
△3D DRAM的兩大技術方向（資料來源：SK海力士）
基于類似3D NAND的方式，將現有2D DRAM堆疊來做3D DRAM，目前除了三星和SK海力士有嘗試外，美國廠商NEO半導體在2023年就宣布將在2025年推出第一代3D X-DRAM，可以做到230層堆棧，核心容量128Gb，相比當前2D DRAM實現8倍容量提升。這種技術路線同樣會帶來更多的DRAM晶圓光刻需求和大量的混合鍵合需求。
第三，在尖端邏輯制程方面，未來隨著BSPDN（背面供電網絡）和更先進的面向埃米級制程工藝的CFET（互補型場效應晶體管），也將帶來對于更先進的EUV光刻和鍵合技術的需求。
BSPDN技術是將原本放在芯片內部需要穿過10~20層堆疊為下方晶體管供電的網絡轉移到芯片背面，這樣不僅可以減少正面晶圓面積的損耗，可以增加更多晶體管，提高整體性能，布線長度也可以減少，有助降低電阻使更多電流通過，降低功耗，改善功率傳輸狀況。目前，英特爾在Intel 20A/18A上率先采用BSPN（背面供電網絡），臺積電也將會在其第二代2nm技術當中引入BSPN技術。
△背面供電網絡技術（圖片來源：英特爾）
CFET技術則被認為是實現埃米級制程的關鍵。根據imec(比利時微電子研究中心)公布的技術路線圖顯示，憑借CFET晶體管技術，2032年將有望進化到5埃米（0.5nm），2036年將有望實現2埃米（0.2nm）。而CFET的制造有兩種不同的方法。在單片流程中，CFET 以連續工藝流程在晶圓上制造。在順序流程中，在一個晶圓上制造底部器件，然后將第二個晶圓鍵合到第一個晶圓上，并在第二個晶圓上制造頂部器件。
△圖片來源：semiwiki.com
不論是對于BSPDN還是CFET，除了需要用到先進光刻技術之外，都需要用到混合鍵合技術。目前混合鍵合主要有兩類，晶圓到晶圓（Wafer-to-Wafer, W-W）和裸片到晶圓（Die-to-Wafer, D-W）。該技術不再使用凸塊（bump）或導線來連接基板和芯片，允許不同的芯片層直接互連，可以顯著提高信號傳輸速度并降低功耗，同時減少芯片內部的機械應力，提高產品的整體可靠性。
雖然早期的晶圓鍵合對于套刻精度的控制要求并不高，鍵合后在10微米以內即可。但是隨著3D NAND和高端BSI-CMOS的應用，更是達到了300nm以下甚至150nm的要求。隨著鍵合技術的發展和持續向前道工藝的滲透，未來可能會達到50nm的套刻精度的要求。
在ASML看來，隨著3D NAND技術的發展，將會帶來對于KrF光刻需求的增長；而不論哪種路線的3D DRAM技術的視線，未來都需要更多的采用先進的ArFi光刻工藝幫助實現3D集成；至于邏輯制程方面，隨著未來BSPDN和CFET技術的應用，則將推動對于EUV/High-NA EUV光刻的需求。并且，在混合鍵合技術的發展下，未來整體光刻也應支持前端3D集成，鍵合前后的計量和掃描儀控制也是要覆蓋所需的關鍵工藝節點。
先進封裝市場的新機遇
雖然晶圓制造前端設備的價值量更高，但是隨著晶圓制造產能的持續快速增長，也帶來了后端封裝測試需求的增長，進而推動了對于封測設備需求持續增長。根據此前美國商務部披露的數據顯示，目前美國的芯片封裝產能只占全球的3%，而中國大陸的封裝產能占比則高達38%。
從國產半導體封測設備廠商的2024年業績來看，也都保持了不錯的增長。比如，國產半導體封裝設備廠商華封科技前三季度實現營收7.49億元，同比增長21.01%；國產半導體量測設備廠商中科飛測前三季度實現營業收入8.12億元，同比增長38.21%。12月18日，中科飛測第1,000臺集成電路質量控制設備出機。截至此時，中科飛測在2024年的出貨的集成電路質量控制設備，相比2023年全年出貨量增長了約82.3%。
特別是在目前摩爾定律持續放緩，高性能計算芯片轉向“Chiplet設計”的背景之下，市場對于先進封測產能的需求正快速增長。2023年11月美國拜登政府還公布了包含約30億美元補貼資金的“國家先進封裝制造計劃”，旨在提高美國半導體的先進封裝能力。
根據Yole披露的數據顯示，2023年全球先進封裝市場份額為439億美元，同比增速高達19.62%。半導體市場研究機構TechInsights的預測數據顯示，2024年用于先進封裝的晶圓廠設備預計將同比增長6%，達到31億美元。
尤其是對于國內的芯片制造商來說，為了在現有國內先進制程工藝發展放緩的背景下持續提升芯片性能，也在大力發展2.5/3D先進封裝、Chiplet技術，這也推動了對于各類先進封測設備的需求。
比如ASML針對先進封裝市場就即將推出新的XT:260機型，該機臺是基于ASML獨有的雙工作臺技術，采用業界公認的XT4 平臺，具有雙倍視場曝光的i-line光刻系統。該產品能夠有效提升性能并降低單片晶圓成本，可支持從先進封裝到主流市場的的廣泛應用和發展趨勢。
