【專題 | 「光刻機(jī)」光刻技術(shù)_ASML光刻機(jī)_國產(chǎn)光刻機(jī)_EUV光刻機(jī)】

光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈上游關(guān)鍵部件包括工作臺、掩模臺、投影物鏡、激光器、和傳感器等器件，中游產(chǎn)品包括接觸式/接近式、掃描投影式、浸沒式、極紫外式光刻機(jī)，下游主要面向芯片制造、MEMS燈、封裝、LED照明、平板顯示等領(lǐng)域。目前，光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈高端領(lǐng)域行業(yè)壁壘較高，國內(nèi)躋身行業(yè)前列還需要很長一段時(shí)間。
ASML集光刻機(jī)領(lǐng)域頂尖技術(shù)于一身，國內(nèi)在部分領(lǐng)域取得一定成果
從光刻機(jī)整機(jī)差距來看，全球光刻機(jī)龍頭ASML匯集了光刻機(jī)領(lǐng)域上游供應(yīng)商的頂尖技術(shù)，包括來自德國蔡司的光學(xué)鏡頭，來自美國的光源和控制軟件，來自中國臺灣的特殊復(fù)合材料等，此外還獲得了下游廠商的巨額投資，ASML在光刻機(jī)行業(yè)集資金、技術(shù)、市場于一體，有力支撐了其在光刻機(jī)行業(yè)的壟斷地位。

圖1 ASML產(chǎn)業(yè)鏈格局情況

國內(nèi)光刻機(jī)行業(yè)發(fā)展較晚，目前在光刻機(jī)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)比較先進(jìn)的企業(yè)有上海微電子、華卓精科、芯源微、屹唐半導(dǎo)體、福晶科技等。從國內(nèi)光刻機(jī)領(lǐng)域最新發(fā)展情況來看，上海微電子已成功研發(fā)出了90nm的浸沒式光刻機(jī)，福晶科技研發(fā)出了193nm的準(zhǔn)分子ArF光源，目前能夠制造出Arf光源的僅有美國Cymer、日本Gigaphoton和中國科益虹源這三家企業(yè)。上海微電子和福晶科技代表了國內(nèi)最先進(jìn)水平，但是和國際頂尖技術(shù)還有一定差距，尤其是光刻機(jī)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中最為核心的設(shè)備光學(xué)鏡頭和光學(xué)光源。光學(xué)鏡頭能夠控制光學(xué)系統(tǒng)的精密度，光源決定了使用的波長，光刻物鏡數(shù)值孔徑與光源波長決定了光刻機(jī)的工藝能力，是光刻機(jī)行業(yè)壁壘比較突出的技術(shù)領(lǐng)域。

表1 國內(nèi)光刻機(jī)相關(guān)領(lǐng)先企業(yè)

（資料來源：五度易鏈行業(yè)研究中心整理）

高端光刻機(jī)領(lǐng)域光學(xué)鏡頭被國外壟斷，國內(nèi)企業(yè)奮起直追
高端光刻機(jī)含有上萬個(gè)零部件，高精密光學(xué)鏡片作為光刻機(jī)核心部件之一，其鏡頭孔徑數(shù)值的高低決定了光刻機(jī)的分辨率和套值誤差能力，在光刻機(jī)工藝中的重要性不言而喻。當(dāng)前，僅有三家企業(yè)的光學(xué)鏡頭產(chǎn)品能應(yīng)用于高端光刻機(jī)領(lǐng)域，分別為Carl Zeiss、Nikon和Canon。卡爾蔡司在全球高端光學(xué)鏡頭領(lǐng)域處于主導(dǎo)地位，長期為ASML光刻設(shè)備提供光學(xué)系統(tǒng)，還與ASML合作開發(fā)出用于EUV 光刻機(jī)的光學(xué)鏡頭，該鏡頭的數(shù)值孔徑為0.33，在降低成本和縮短周期方面表現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性。目前國內(nèi)在光學(xué)鏡頭領(lǐng)域比較領(lǐng)先的當(dāng)屬北京國望光學(xué)科技有限公司，公司研發(fā)的國內(nèi)首套90nm節(jié)點(diǎn)浸沒式投影光刻機(jī)曝光光學(xué)系統(tǒng)在2016年就已經(jīng)驗(yàn)收完成并投入使用，目前正在向28nm節(jié)點(diǎn)的ArF浸沒式光刻曝光光學(xué)系統(tǒng)攻關(guān)，總體與國外高端光學(xué)鏡頭還有很大的差距。

表2 全球光學(xué)鏡頭領(lǐng)先企業(yè)

（資料來源：五度易鏈行業(yè)研究中心整理）

13.5nm的極深紫外光僅掌握在Cymer和Gigaphoton兩家手中，國內(nèi)最新進(jìn)展為193nm的準(zhǔn)分子ArF光源
光源是光刻機(jī)另一個(gè)核心部件，光源波長決定了光刻機(jī)的工藝能力。光刻機(jī)光源從最初的普通光源，后來發(fā)展到使用193nm波長的DUV激光，然后在跨越多個(gè)重要節(jié)點(diǎn)之后，發(fā)展到現(xiàn)在波長為13.5nm的極深紫外光，每一次光刻機(jī)所用光源的改進(jìn)都提升了光刻機(jī)能實(shí)現(xiàn)的最小制程節(jié)點(diǎn)，促進(jìn)了光刻機(jī)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

表3 光源類型的發(fā)展

（資料來源：五度易鏈行業(yè)研究中心整理）

高性能光刻機(jī)需要體積小、功率高和穩(wěn)定的光   源，目前只有美國廠商Cymer和日本廠商Gigaphoton生產(chǎn)的激光等離子光源（LPP）為主流EUV光源，兩家廠商是全球光學(xué)光源制造領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。國內(nèi)光學(xué)光源相關(guān)領(lǐng)域比較領(lǐng)先的有中國科益虹源和福晶科技。科益虹源自主研發(fā)的首臺高能準(zhǔn)分子激光器，以高質(zhì)量和低成本的優(yōu)勢，填補(bǔ)了中國在準(zhǔn)分子激光技術(shù)領(lǐng)域的空白，打破了國外廠家對該技術(shù)產(chǎn)品長期市場壟斷局面，公司目前已完成6khz、60w光刻機(jī)光源的制造，該光源即為現(xiàn)階段主流ArF光刻機(jī)光源。福晶科技公司生產(chǎn)的KBBF晶體屬于激光設(shè)備的上游關(guān)鍵零部件，憑借KBBF晶體技術(shù)，福晶科技公司在該產(chǎn)品領(lǐng)域處于主導(dǎo)地位。

表4 全球光源行業(yè)公司對比

（資料來源：五度易鏈行業(yè)研究中心整理）

結(jié)語
光刻機(jī)是半導(dǎo)體制造業(yè)中最為核心的設(shè)備，高端光刻機(jī)行業(yè)壁壘較大，尤其是光刻機(jī)核心部件光學(xué)光源和光學(xué)鏡頭，目前能應(yīng)用在高端光刻機(jī)的光源和鏡頭被美德兩國壟斷，國內(nèi)上海微電子、科益虹源和國望光學(xué)在光刻機(jī)領(lǐng)域已取得一定的成果，但與國際先進(jìn)水平相比還有一定差距。

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