【專題 | 「光刻機」光刻技術_ASML光刻機_國產光刻機_EUV光刻機】

光刻機產業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，光刻機產業鏈高端領域行業壁壘較高，國內躋身行業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在光刻機行業集資金、技術、市場于一體，有力支撐了其在光刻機行業的壟斷地位。

圖1 ASML產業鏈格局情況

國內光刻機行業發展較晚，目前在光刻機相關領域技術比較先進的企業有上海微電子、華卓精科、芯源微、屹唐半導體、福晶科技等。從國內光刻機領域最新發展情況來看，上海微電子已成功研發出了90nm的浸沒式光刻機，福晶科技研發出了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。上海微電子和福晶科技代表了國內最先進水平，但是和國際頂尖技術還有一定差距，尤其是光刻機行業產業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的精密度，光源決定了使用的波長，光刻物鏡數值孔徑與光源波長決定了光刻機的工藝能力，是光刻機行業壁壘比較突出的技術領域。

表1 國內光刻機相關領先企業

（資料來源：五度易鏈行業研究中心整理）

高端光刻機領域光學鏡頭被國外壟斷，國內企業奮起直追
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，僅有三家企業的光學鏡頭產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，還與ASML合作開發出用于EUV 光刻機的光學鏡頭，該鏡頭的數值孔徑為0.33，在降低成本和縮短周期方面表現出巨大的優越性。目前國內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，公司研發的國內首套90nm節點浸沒式投影光刻機曝光光學系統在2016年就已經驗收完成并投入使用，目前正在向28nm節點的ArF浸沒式光刻曝光光學系統攻關，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

（資料來源：五度易鏈行業研究中心整理）

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，后來發展到使用193nm波長的DUV激光，然后在跨越多個重要節點之后，發展到現在波長為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的最小制程節點，促進了光刻機產品的更新換代。

表3 光源類型的發展

（資料來源：五度易鏈行業研究中心整理）

高性能光刻機需要體積小、功率高和穩定的光   源，目前只有美國廠商Cymer和日本廠商Gigaphoton生產的激光等離子光源（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。科益虹源自主研發的首臺高能準分子激光器，以高質量和低成本的優勢，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，該光源即為現階段主流ArF光刻機光源。福晶科技公司生產的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品領域處于主導地位。

表4 全球光源行業公司對比

（資料來源：五度易鏈行業研究中心整理）

結語
光刻機是半導體制造業中最為核心的設備，高端光刻機行業壁壘較大，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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