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

光刻機產(chǎn)業(yè)鏈上游關鍵部件包括工作臺、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，下游主要面向芯片制造、MEMS燈、封裝、LED照明、平板顯示等領域。目前，光刻機產(chǎn)業(yè)鏈高端領域行業(yè)壁壘較高，國內(nèi)躋身行業(yè)前列還需要很長一段時間。
ASML集光刻機領域頂尖技術于一身，國內(nèi)在部分領域取得一定成果
從光刻機整機差距來看，全球光刻機龍頭ASML匯集了光刻機領域上游供應商的頂尖技術，包括來自德國蔡司的光學鏡頭，來自美國的光源和控制軟件，來自中國臺灣的特殊復合材料等，此外還獲得了下游廠商的巨額投資，ASML在光刻機行業(yè)集資金、技術、市場于一體，有力支撐了其在光刻機行業(yè)的壟斷地位。

圖1 ASML產(chǎn)業(yè)鏈格局情況

國內(nèi)光刻機行業(yè)發(fā)展較晚，目前在光刻機相關領域技術比較先進的企業(yè)有上海微電子、華卓精科、芯源微、屹唐半導體、福晶科技等。從國內(nèi)光刻機領域最新發(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，福晶科技研發(fā)出了193nm的準分子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)最先進水平，但是和國際頂尖技術還有一定差距，尤其是光刻機行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中最為核心的設備光學鏡頭和光學光源。光學鏡頭能夠控制光學系統(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的工藝能力，是光刻機行業(yè)壁壘比較突出的技術領域。

表1 國內(nèi)光刻機相關領先企業(yè)

（資料來源：五度易鏈行業(yè)研究中心整理）

高端光刻機領域光學鏡頭被國外壟斷，國內(nèi)企業(yè)奮起直追
高端光刻機含有上萬個零部件，高精密光學鏡片作為光刻機核心部件之一，其鏡頭孔徑數(shù)值的高低決定了光刻機的分辨率和套值誤差能力，在光刻機工藝中的重要性不言而喻。當前，僅有三家企業(yè)的光學鏡頭產(chǎn)品能應用于高端光刻機領域，分別為Carl Zeiss、Nikon和Canon。卡爾蔡司在全球高端光學鏡頭領域處于主導地位，長期為ASML光刻設備提供光學系統(tǒng)，還與ASML合作開發(fā)出用于EUV 光刻機的光學鏡頭，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)在光學鏡頭領域比較領先的當屬北京國望光學科技有限公司，公司研發(fā)的國內(nèi)首套90nm節(jié)點浸沒式投影光刻機曝光光學系統(tǒng)在2016年就已經(jīng)驗收完成并投入使用，目前正在向28nm節(jié)點的ArF浸沒式光刻曝光光學系統(tǒng)攻關，總體與國外高端光學鏡頭還有很大的差距。

表2 全球光學鏡頭領先企業(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)最新進展為193nm的準分子ArF光源
光源是光刻機另一個核心部件，光源波長決定了光刻機的工藝能力。光刻機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，然后在跨越多個重要節(jié)點之后，發(fā)展到現(xiàn)在波長為13.5nm的極深紫外光，每一次光刻機所用光源的改進都提升了光刻機能實現(xiàn)的最小制程節(jié)點，促進了光刻機產(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光源制造領域的技術領導者。國內(nèi)光學光源相關領域比較領先的有中國科益虹源和福晶科技。科益虹源自主研發(fā)的首臺高能準分子激光器，以高質(zhì)量和低成本的優(yōu)勢，填補了中國在準分子激光技術領域的空白，打破了國外廠家對該技術產(chǎn)品長期市場壟斷局面，公司目前已完成6khz、60w光刻機光源的制造，該光源即為現(xiàn)階段主流ArF光刻機光源。福晶科技公司生產(chǎn)的KBBF晶體屬于激光設備的上游關鍵零部件，憑借KBBF晶體技術，福晶科技公司在該產(chǎn)品領域處于主導地位。

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
光刻機是半導體制造業(yè)中最為核心的設備，高端光刻機行業(yè)壁壘較大，尤其是光刻機核心部件光學光源和光學鏡頭，目前能應用在高端光刻機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在光刻機領域已取得一定的成果，但與國際先進水平相比還有一定差距。

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