【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)】

摘要：光刻機(jī)在芯片制造領(lǐng)域具有舉足輕重的地位，光刻機(jī)決定了晶體管的尺寸，晶體管的尺寸對于芯片的性能具有重大意義，半導(dǎo)體行業(yè)對于芯片性能的不斷追求推動(dòng)了光刻機(jī)產(chǎn)品的不斷升級與創(chuàng)新。目前光刻機(jī)市場呈現(xiàn)寡頭壟斷的局面，高端技術(shù)掌握在巨頭企業(yè)手中。國產(chǎn)光刻機(jī)的技術(shù)仍然落后于國外，在技術(shù)研發(fā)以及人才建設(shè)上還有很長的路要走。

光刻機(jī)是光刻工藝的核心設(shè)備，價(jià)值含量大、技術(shù)要求高，涉及精密光學(xué)、精密運(yùn)動(dòng)、高精度環(huán)境控制等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。在所有晶圓制造設(shè)備中，光刻機(jī)設(shè)備投資占比最多達(dá)到30%，其次是刻蝕設(shè)備(20%)，PVD(15%)，CVD(10%)，測量設(shè)備(10%)，離子注入設(shè)備(5%)等。

圖1 晶圓制造設(shè)備投資占比拆分

(資料來源：公開資料整理)

國外光刻機(jī)市場及技術(shù)現(xiàn)狀

全球光刻機(jī)市場處于寡頭壟斷狀態(tài)，2017年全球光刻膠銷售額中，ASML(荷蘭)占據(jù)全球76%的市場份額、尼康(日本)11%、佳能(日本)6%。而高端7nm制程的EUV極紫外光光刻機(jī)設(shè)備領(lǐng)域，完全被ASML壟斷，目前世界上最先進(jìn)的ASML EUV極紫外光光刻機(jī)單價(jià)達(dá)到一億美元以上，且供不應(yīng)求。

圖2 2017年全球光刻機(jī)設(shè)備銷售額占比

(資料來源：公開資料整理)

根據(jù)光源的不斷改進(jìn)和工藝創(chuàng)新，光刻機(jī)經(jīng)歷了5代產(chǎn)品發(fā)展，每次光源的改進(jìn)都顯著提升了光刻機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的最小工藝節(jié)點(diǎn)。在光刻機(jī)技術(shù)上，目前最先進(jìn)的是阿斯麥極紫外光刻機(jī)可以實(shí)現(xiàn)7nm制程工藝，尼康與佳能還在第四代光刻機(jī)階段徘徊。其中尼康NRS系列有浸入式步進(jìn)掃描光刻機(jī)，參數(shù)指標(biāo)上勉強(qiáng)可以達(dá)到ASML高端產(chǎn)品的水準(zhǔn)。但是從客戶反饋來看，Nikon高端系列實(shí)際性能相比ASML同檔次設(shè)備仍有不小差距，尤其是在套刻精度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到官方宣稱水準(zhǔn)，以至于尼康光刻設(shè)備在售價(jià)不到ASML同類產(chǎn)品一半的前提下，依舊銷售不佳。

圖3 五代光刻機(jī)的技術(shù)工藝說明

（資料來源：公開資料整理）

國內(nèi)光刻機(jī)市場及技術(shù)現(xiàn)狀

2016年，中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備市場首次超過北美和日本，銷售額達(dá)到64.6億美元，同比增長13%，成為全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售第三大市場。2017年，中國大陸半導(dǎo)體銷售額以27%的增速達(dá)到了82.3億的市場規(guī)模，全球占比15%,僅次于韓國的32%與中國臺(tái)灣的20%，我國已經(jīng)成為半導(dǎo)體設(shè)備銷售大國。

相比于國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備銷售市場的繁榮，國產(chǎn)光刻機(jī)相對黯淡的多。由于起步較晚且技術(shù)積累薄弱，國產(chǎn)光刻機(jī)研發(fā)企業(yè)相對較少，目前僅有上海微電子、合肥芯碩、無錫影速等幾家企業(yè)。在公司已量產(chǎn)的光刻機(jī)中，技術(shù)最先進(jìn)的是上海微電子的SSA600/20光刻機(jī)，可以用來加工90nm制程的芯片，最新的65nm光刻機(jī)還在設(shè)備驗(yàn)證階段。但從指標(biāo)上看，SSA600/20基本也和ASML的低端產(chǎn)品PAS5500系列屬于同一檔次，與國外技術(shù)相比落后5-6代左右。由此可見，國產(chǎn)光刻機(jī)要突破壟斷仍然長路漫漫。

結(jié)語

國際光刻機(jī)巨頭實(shí)行技術(shù)壟斷，高端的設(shè)備仍然對國內(nèi)禁售，國產(chǎn)廠商企短時(shí)間內(nèi)很難改變現(xiàn)有市場格局。不過在“02”專項(xiàng)和大基金的推動(dòng)下，我國半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)從無到有，已經(jīng)有了根本性的進(jìn)步。而緊接著大基金二期將向國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈薄弱環(huán)節(jié)傾斜，更多投資于材料與設(shè)備領(lǐng)域，高端光刻機(jī)獲得資金和政策雙重支持的概率非常大。上海微電子承擔(dān)著多項(xiàng)國家重大科技專項(xiàng)以及 02 專項(xiàng)光刻機(jī)科研任務(wù)，在高端國產(chǎn)光刻設(shè)備領(lǐng)域有望實(shí)現(xiàn)重大突破。

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