【專(zhuān)題 | 「光刻機(jī)」光刻技術(shù)_ASML光刻機(jī)_國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)_EUV光刻機(jī)】

荷蘭ASML最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)集成了全球最先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，僅憑一國(guó)之力難以實(shí)現(xiàn)。我國(guó)自主研制的90nm 光刻機(jī)雖與世界先進(jìn)相差很遠(yuǎn)，但在發(fā)展中初步形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。光刻機(jī)是我國(guó)高端工業(yè)水平的集中體現(xiàn)，在一定程度上代表了我國(guó)在精密制造等領(lǐng)域與世界尖端科技的差距，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)達(dá)到世界先進(jìn)水平任重道遠(yuǎn)。
光刻機(jī)是芯片制造的關(guān)鍵設(shè)備，光源是產(chǎn)品迭代的主要推動(dòng)力
光刻機(jī)本質(zhì)上是以光為刀，在硅片上投射出電路圖，是光刻工藝中最關(guān)鍵的工藝設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本極高的特點(diǎn)。一臺(tái)EUV光刻機(jī)由13個(gè)系統(tǒng)，10多萬(wàn)個(gè)零件組成，價(jià)格高達(dá)1.2億美元。光刻機(jī)分辨率=k1*λ/NA，其大小由物鏡的數(shù)值孔徑NA值及光源的波長(zhǎng)λ所決定。目前NA值是0.33,短期難以提升，因此改變光源以提高分辨率。光源是光刻機(jī)的核心部件之一，波長(zhǎng)越短，就表示光刻的刀鋒越鋒利，刻蝕對(duì)于精度控制越高。在光刻機(jī)的發(fā)展歷史上，如何降低光源的波長(zhǎng)是提高光刻機(jī)分辨率的關(guān)鍵。目前世界領(lǐng)先的芯片制程工藝是7nm，EUV光刻機(jī)波長(zhǎng)可達(dá)13.5nm,適用7nm、5nm及以上工藝，主要應(yīng)用于手機(jī)應(yīng)用處理器、基帶芯片、加密貨幣、高性能計(jì)算等高性能、高集成度領(lǐng)域。EUV高端光刻機(jī)是集物理、材料、精密制造等極限科技的結(jié)晶，其技術(shù)突破不僅對(duì)物鏡、光源、浸沒(méi)式系統(tǒng)等核心組件要求極高，而且需要光刻膠、光刻氣、光罩、涂膠顯影設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備等配套設(shè)施的協(xié)同發(fā)展。

表1光刻機(jī)不同光源的波長(zhǎng)區(qū)別

（資料來(lái)源：五度易鏈行業(yè)研究中心）

EUV光刻機(jī)市場(chǎng)被ASML獨(dú)家壟斷，需求旺盛
全球光刻機(jī)市場(chǎng)被ASML、Canon 、Nikon三家瓜分，尤其在 EUV 光刻機(jī)市場(chǎng)上，ASML處于絕對(duì)壟斷地位。從光刻機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，目前光刻機(jī)產(chǎn)品主要包括EUV、ArFi、ArF dry、KrF、I-Line五大類(lèi)，
2019年，全球光刻機(jī)市場(chǎng)規(guī)模107億美元。其中ArFi銷(xiāo)售額占比最高超過(guò)54%，其次是EUV,占比28%,目前三星、臺(tái)積電、因特爾、中芯國(guó)際等下游市場(chǎng)對(duì) 7nm 制程的需求十分旺盛，未來(lái)EUV將成為市場(chǎng)主流產(chǎn)品。

圖1 2019 年按銷(xiāo)售金額統(tǒng)計(jì)的全球光刻機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

（資料來(lái)源：中銀證券、五度易鏈行業(yè)研究中心）
表2 2019 年按銷(xiāo)量統(tǒng)計(jì)的各類(lèi)光刻機(jī)競(jìng)爭(zhēng)格局

（資料來(lái)源：五度易鏈行業(yè)研究中心）

我國(guó)初步形成以上海微電子為龍頭的光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈
ASML光刻機(jī)的背后是全球供應(yīng)鏈體系，融合了當(dāng)今世界頂尖技術(shù)，由西方最先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)支撐，其中90%的光刻機(jī)部件來(lái)自外國(guó)廠(chǎng)商，包括德國(guó)蔡司的鏡頭及美國(guó)的先進(jìn)光源。僅從光源供應(yīng)商來(lái)看，就有來(lái)自美國(guó)的Cymer及日本的小松制作所等提供先進(jìn)光源。

表3 ASML光刻機(jī)光源主要供應(yīng)商

（資料來(lái)源：五度易鏈行業(yè)研究中心）

我國(guó)長(zhǎng)期受《瓦森納協(xié)定》限制，無(wú)法使用國(guó)際高端光刻機(jī)所需要的先進(jìn)部件，導(dǎo)致我國(guó)光刻機(jī)與世界先進(jìn)水平差距較大。隨著國(guó)家02專(zhuān)項(xiàng)中的光刻機(jī)關(guān)鍵核心技術(shù)的突破，我國(guó)自主研發(fā)能力不斷加強(qiáng)，在局部領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，目前我國(guó)上海微電子已實(shí)現(xiàn)自主研制90nm制程光刻機(jī)，預(yù)計(jì)2021年將實(shí)現(xiàn)28nm光刻機(jī)。

表4 我國(guó)光刻機(jī)領(lǐng)域主要企業(yè)

（資料來(lái)源：五度易鏈行業(yè)研究中心）

結(jié)束
目前，中美科技戰(zhàn)愈演愈烈，未來(lái)在區(qū)塊鏈、AI、無(wú)人駕駛等需求拉動(dòng)下，對(duì)芯片提出更高的技術(shù)要求。作為芯片生產(chǎn)核心部件的EUV光刻機(jī)也將成為各國(guó)科技戰(zhàn)的必爭(zhēng)之地。EUV光刻機(jī)科技含量高，研制難度大，成為制約我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板。未來(lái)為保障我國(guó)芯片行業(yè)的良性發(fā)展，我國(guó)需在EUV光刻機(jī)關(guān)鍵領(lǐng)域率先取得突破，達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為ASML高端光刻機(jī)的必選部件，融入國(guó)際先進(jìn)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈中，逐步縮小差距，相互制約，提高競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

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