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

荷蘭ASML最先進的EUV光刻機集成了全球最先進的技術(shù)設(shè)備，僅憑一國之力難以實現(xiàn)。我國自主研制的90nm 光刻機雖與世界先進相差很遠，但在發(fā)展中初步形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。光刻機是我國高端工業(yè)水平的集中體現(xiàn)，在一定程度上代表了我國在精密制造等領(lǐng)域與世界尖端科技的差距，國產(chǎn)光刻機達到世界先進水平任重道遠。
光刻機是芯片制造的關(guān)鍵設(shè)備，光源是產(chǎn)品迭代的主要推動力
光刻機本質(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)復雜、成本極高的特點。一臺EUV光刻機由13個系統(tǒng)，10多萬個零件組成，價格高達1.2億美元。光刻機分辨率=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。光源是光刻機的核心部件之一，波長越短，就表示光刻的刀鋒越鋒利，刻蝕對于精度控制越高。在光刻機的發(fā)展歷史上，如何降低光源的波長是提高光刻機分辨率的關(guān)鍵。目前世界領(lǐng)先的芯片制程工藝是7nm，EUV光刻機波長可達13.5nm,適用7nm、5nm及以上工藝，主要應(yīng)用于手機應(yīng)用處理器、基帶芯片、加密貨幣、高性能計算等高性能、高集成度領(lǐng)域。EUV高端光刻機是集物理、材料、精密制造等極限科技的結(jié)晶，其技術(shù)突破不僅對物鏡、光源、浸沒式系統(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、檢測設(shè)備等配套設(shè)施的協(xié)同發(fā)展。

表1光刻機不同光源的波長區(qū)別

（資料來源：五度易鏈行業(yè)研究中心）

EUV光刻機市場被ASML獨家壟斷，需求旺盛
全球光刻機市場被ASML、Canon 、Nikon三家瓜分，尤其在 EUV 光刻機市場上，ASML處于絕對壟斷地位。從光刻機產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，目前光刻機產(chǎn)品主要包括EUV、ArFi、ArF dry、KrF、I-Line五大類，
2019年，全球光刻機市場規(guī)模107億美元。其中ArFi銷售額占比最高超過54%，其次是EUV,占比28%,目前三星、臺積電、因特爾、中芯國際等下游市場對 7nm 制程的需求十分旺盛，未來EUV將成為市場主流產(chǎn)品。

圖1 2019 年按銷售金額統(tǒng)計的全球光刻機產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

（資料來源：中銀證券、五度易鏈行業(yè)研究中心）
表2 2019 年按銷量統(tǒng)計的各類光刻機競爭格局

（資料來源：五度易鏈行業(yè)研究中心）

我國初步形成以上海微電子為龍頭的光刻機產(chǎn)業(yè)鏈
ASML光刻機的背后是全球供應(yīng)鏈體系，融合了當今世界頂尖技術(shù)，由西方最先進的工業(yè)技術(shù)支撐，其中90%的光刻機部件來自外國廠商，包括德國蔡司的鏡頭及美國的先進光源。僅從光源供應(yīng)商來看，就有來自美國的Cymer及日本的小松制作所等提供先進光源。

表3 ASML光刻機光源主要供應(yīng)商

（資料來源：五度易鏈行業(yè)研究中心）

我國長期受《瓦森納協(xié)定》限制，無法使用國際高端光刻機所需要的先進部件，導致我國光刻機與世界先進水平差距較大。隨著國家02專項中的光刻機關(guān)鍵核心技術(shù)的突破，我國自主研發(fā)能力不斷加強，在局部領(lǐng)域已經(jīng)達到世界先進水平，目前我國上海微電子已實現(xiàn)自主研制90nm制程光刻機，預(yù)計2021年將實現(xiàn)28nm光刻機。

表4 我國光刻機領(lǐng)域主要企業(yè)

（資料來源：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，未來在區(qū)塊鏈、AI、無人駕駛等需求拉動下，對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光刻機也將成為各國科技戰(zhàn)的必爭之地。EUV光刻機科技含量高，研制難度大，成為制約我國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板。未來為保障我國芯片行業(yè)的良性發(fā)展，我國需在EUV光刻機關(guān)鍵領(lǐng)域率先取得突破，達到世界領(lǐng)先水平，成為ASML高端光刻機的必選部件，融入國際先進光刻機產(chǎn)業(yè)鏈中，逐步縮小差距，相互制約，提高競爭優(yōu)勢。

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