光刻設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)分析

光刻設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)分析1光刻設(shè)備：半導(dǎo)體制造的核心裝備1.1光刻：決定芯片性能最關(guān)鍵工藝自1958年第一塊集成電路誕生以來(lái)，其工藝技術(shù)持續(xù)高速發(fā)展。隨著集成電路工藝制程的不斷升級(jí)，晶體管集成度不斷提高；觀察到這一行業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)，英特爾創(chuàng)始人之一的戈登.摩爾（GordonMoore）提出：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，芯片容納的晶體管數(shù)大約每18個(gè)月到24個(gè)月翻倍，這就是著名的摩爾定律。芯片集成密度與可靠性的不斷提升，推動(dòng)了從大型機(jī)到個(gè)人電腦，再到移動(dòng)終端、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的電子工業(yè)的革命。自1960年代以來(lái)，芯片性能的發(fā)展整體遵循摩爾定律。但高速持續(xù)發(fā)展并非自然而然的，而是蘊(yùn)含著集成電路設(shè)計(jì)、芯片生產(chǎn)、電子材料、半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)長(zhǎng)期的研發(fā)積累與不斷改進(jìn)。改進(jìn)分為兩大類(lèi)：工藝和結(jié)構(gòu)。工藝的改進(jìn)以更小的尺寸來(lái)制造器件和電路，并使之具有更高的密度、更多的元器件數(shù)量和更高的可靠性；器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新使電路的性能更好，實(shí)現(xiàn)更佳的能耗控制和更高的可靠性。無(wú)論是縮小尺寸還是構(gòu)造創(chuàng)新，均需要以光刻機(jī)為核心的半導(dǎo)體設(shè)備支持；作為芯片制造的工業(yè)母機(jī)，光刻機(jī)等設(shè)備歷經(jīng)了數(shù)次重大升級(jí)革新。光刻、刻蝕、薄膜沉積，同為集成電路制造的三大工藝；其他的步驟則包括清洗、熱處理、離子注入、化學(xué)機(jī)械拋光、量測(cè)等。光刻是將設(shè)計(jì)好的圖形從掩模版或倍縮掩模版，轉(zhuǎn)印到晶圓表面的光刻膠上所使用的技術(shù)。光刻技術(shù)最先應(yīng)用于印刷工業(yè),并長(zhǎng)期用于制造印刷電路板。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在1950年代開(kāi)始采用光刻技術(shù)制造晶體管和集成電路。集成電路制造都是利用刻蝕、沉積、離子注入將描繪在光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓表面，故晶圓表面的光刻膠圖案是最基礎(chǔ)的電路圖案。描繪在晶圓上的最基本電路結(jié)構(gòu)由光刻產(chǎn)生,因此光刻是集成電路生產(chǎn)中最重要的技術(shù)。完整的光刻工藝包括多個(gè)細(xì)分步驟：1.氣相成底膜和增粘：對(duì)原始硅片清洗、脫水，并涂抹增粘劑。2.旋轉(zhuǎn)涂膠：對(duì)晶圓表面做光刻膠涂覆，實(shí)現(xiàn)指定的厚度和均勻性，并把邊緣和背面多余的光刻膠清洗掉。3.軟烘：去除光刻膠中的溶劑。4.對(duì)準(zhǔn)和曝光：將掩膜版和晶圓精確對(duì)準(zhǔn)后進(jìn)行曝光。5.曝光后烘焙：通過(guò)一定溫度激發(fā)曝光產(chǎn)生的酸，使部分光刻膠溶于顯影液并提高顯影的分辨率。6.顯影：噴涂顯影液，溶解光刻膠上被光照射過(guò)的區(qū)域，形成電路圖形。7.堅(jiān)膜烘焙：熱烘進(jìn)一步去除殘留的光刻膠溶劑，并提高光刻膠的粘性。8.顯影檢查：檢測(cè)顯影后的電路圖案，如果不符合要求需重新進(jìn)行光刻步驟?，F(xiàn)代集成電路一般由多層結(jié)構(gòu)組成，在芯片的生產(chǎn)中，需多次重復(fù)光刻、刻蝕、沉積等步驟，層層成形并最終形成完整的集成電路結(jié)構(gòu)。光刻機(jī)是光刻步驟的核心設(shè)備，也是技術(shù)難度和單價(jià)最高的半導(dǎo)體設(shè)備。荷蘭ASML公司的光刻機(jī)供應(yīng)鏈包括全球各地5000家供應(yīng)商，應(yīng)用到了光學(xué)、電磁學(xué)、材料學(xué)、流體力學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域最尖端的研究成果。同時(shí)，光刻機(jī)集成了精密自動(dòng)化機(jī)械、高性能仿真軟件、高靈敏度傳感器、圖像識(shí)別算法等多個(gè)子模塊，光刻技術(shù)是集成電路制造的核心。從原始的硅片起到鍵合墊片的刻蝕和去光刻膠為止,即使最簡(jiǎn)單的MOSIC芯片都需要5道光刻工藝,先進(jìn)的集成電路芯片可能需要30道光刻工藝步驟。集成電路制造非常耗時(shí),即使一天24小時(shí)無(wú)間斷地工作,都需要6~8周時(shí)間完成芯片，光刻工藝技術(shù)就耗費(fèi)了整個(gè)晶圓制造時(shí)間的40%~50%。此外在光刻工藝中，涂膠顯影設(shè)備、量測(cè)設(shè)備、光刻計(jì)算軟件系統(tǒng)與光刻機(jī)配套運(yùn)行。涂膠顯影設(shè)備具備增粘處理、光刻膠（也包括抗反射層和抗水涂層）涂布、烘烤、顯影液噴涂、晶圓背面清洗和去邊、浸沒(méi)式光刻工藝中晶圓表面去離子水沖洗（水漬消除）等功能。涂膠顯影設(shè)備的工作性能和工藝質(zhì)量，直接影響到光刻的良率。量測(cè)設(shè)備對(duì)光刻后電路圖形的套刻誤差（若干次光刻之間）、關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測(cè)量，并掃描識(shí)別圖案缺陷，監(jiān)控工藝質(zhì)量并，將信息反饋給光刻計(jì)算系統(tǒng)以改善工藝。光刻計(jì)算系統(tǒng)是光刻步驟的神經(jīng)控制中樞：它能夠依據(jù)給定的部分參數(shù)，對(duì)光刻的工藝流程、材料、環(huán)境進(jìn)行高精度仿真，預(yù)測(cè)光刻的結(jié)果，節(jié)省大量試錯(cuò)的成本。同時(shí)，光刻計(jì)算系統(tǒng)也會(huì)根據(jù)量測(cè)設(shè)備反饋的測(cè)量參數(shù)，調(diào)整光刻設(shè)備的光照、聚焦、掩膜系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)置參數(shù)。除了各類(lèi)設(shè)備之外，光刻工藝中所使用到的光刻膠、掩膜版、電子特氣等也具有較高的技術(shù)壁壘。光刻膠（Photoresist）是指通過(guò)紫外光、電子束、離子束、X射線等照射，其溶解度發(fā)生變化的耐蝕劑刻薄膜材料。由感光樹(shù)脂、增感劑和溶劑3種主要成分組成的對(duì)光敏感的混合液體。曝光后的光刻膠經(jīng)過(guò)顯影液處理后，會(huì)留下所需要的電路圖案。光刻掩膜版（光罩MaskReticle），是光刻工藝所使用的圖形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜圖形結(jié)構(gòu)，通過(guò)曝光過(guò)程將掩膜版上圖形信息轉(zhuǎn)移到光刻膠圖形上。光刻用電子特氣主要包括Ar/Ne/Xe、Kr/Ne、F2/Kr/Ne、F2/Ar/Ne。光刻氣中的惰性氣體和鹵素氣體在受到電子束激發(fā)后所形成的準(zhǔn)分子發(fā)生電子躍遷后可產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的光，即可產(chǎn)生準(zhǔn)分子激光。1.2光刻圖譜：多種路線并存，掃描式光刻為主流半導(dǎo)體生產(chǎn)中，光刻技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段。接觸/接近式光刻、光學(xué)投影光刻、分步（重復(fù)）投影光刻出現(xiàn)時(shí)間較早。集成電路生產(chǎn)主要采用掃描式光刻、浸沒(méi)式掃描光刻、極紫外光刻的工藝。此外，X射線/電子束光刻、納米壓印、激光直寫(xiě)技術(shù)可能是未來(lái)的技術(shù)突破方向。1.2.1接觸/接近式光刻機(jī)（Aligner）：光刻設(shè)備鼻祖1961年美國(guó)GCA公司制造出了第一臺(tái)接觸式光刻機(jī)，掩模蓋與光刻膠圖層直接接觸，光線透過(guò)掩膜進(jìn)行曝光時(shí)可以避免衍射。接觸式光刻機(jī)的工作方式，對(duì)光刻膠和掩模版都存在損壞和污染，生產(chǎn)良率低，掩模版壽命短。為解決上述問(wèn)題，產(chǎn)生了接近式光刻機(jī)，掩膜和表面光刻膠之間存在微小空隙。這些新設(shè)計(jì)提高了良率和使用壽命，但是光在微小間隙中的衍射現(xiàn)象，使得最高分辨率只有3微米左右。這一時(shí)期的光刻機(jī)廠商有Siemens、GCA、KasperInstruments和Kulick＆Soffa等，典型的芯片產(chǎn)品有英特爾4004/3101。接近/接觸式光刻廠家，目前還有德國(guó)蘇斯和奧地利EVG,其設(shè)備主要服務(wù)于MEMS、先進(jìn)封裝、三維封裝、化合物半導(dǎo)體、功率器件、太陽(yáng)能領(lǐng)域。1.2.2掃描投影/重復(fù)步進(jìn)光刻機(jī)（Stepper）：仍滿足大線寬工藝PerkinElmer在1973年推出了Micralign100，世界首臺(tái)投影式光刻機(jī)，采用汞燈光源，孔徑數(shù)值0.17，分辨率2微米。工作過(guò)程中，掃描臺(tái)承載硅片與掩膜版同步移動(dòng)，汞燈發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)狹縫后成為均勻的照明光，透過(guò)掩膜將圖案投影在光刻膠上。其對(duì)稱(chēng)的光路設(shè)計(jì)可以消除球面鏡產(chǎn)生的大部分像差，Micralign讓芯片生產(chǎn)的良率，從10%提升到了70%。為了滿足更高的進(jìn)度要求，1978年,美國(guó)GCA公司推出了首臺(tái)步進(jìn)重復(fù)投影光刻機(jī)。步進(jìn)重復(fù)光刻機(jī)不需要實(shí)現(xiàn)掩模和圓片同步反向掃描，在結(jié)構(gòu)上不需要掃描掩模臺(tái)和同步掃描控制系統(tǒng)，因而結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，性能更加穩(wěn)定。同時(shí)，由于其采用縮小倍率的物鏡（4:1或5:1或10：1），降低了掩膜版的制作難度，能夠滿足0.25微米以上線寬制程的工藝要求。目前，步進(jìn)重復(fù)光刻機(jī)仍然廣泛應(yīng)用在非關(guān)鍵層、封裝等領(lǐng)域，采用g線或i線光源，少數(shù)高端設(shè)備采用KrF光源。上海微電子裝備公司于2009年開(kāi)發(fā)SSB500系列步進(jìn)重復(fù)光刻機(jī)，2015年在封裝領(lǐng)域市占率已達(dá)40%。1.2.3步進(jìn)掃描光刻機(jī)（Scanner）：主流光刻設(shè)備通用集成電路工藝制程達(dá)到0.25微米后，步進(jìn)掃描式光刻機(jī)的掃描曝光視場(chǎng)尺寸與曝光均勻性更具優(yōu)勢(shì)，逐步成為主流光刻設(shè)備。其利用26mmx8mm的狹縫，采用動(dòng)態(tài)掃描的方式（掩膜版與晶圓片同步運(yùn)動(dòng)），已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)26mmx33mm的曝光場(chǎng)。當(dāng)前曝光場(chǎng)掃描完畢后，轉(zhuǎn)移至下一曝光場(chǎng)，直至整個(gè)晶圓片曝光完畢。通過(guò)配置不同類(lèi)型的光源（I線、KrF、ArF，EUV），步進(jìn)掃描光刻機(jī)可以支持所有集成電路工藝節(jié)點(diǎn)；但為滿足高端工藝節(jié)點(diǎn)的性能要求，每一代步進(jìn)掃描光刻機(jī)都?xì)v經(jīng)了重大技術(shù)升級(jí)。例如：步進(jìn)掃描式光刻機(jī)26mmx8mm的靜態(tài)曝光場(chǎng)相對(duì)較小，降低了物鏡系統(tǒng)制造的難度；但其工件臺(tái)與掩膜臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)掃描方式，提升了對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的性能要求。對(duì)此，荷蘭ASML公司于2001年首次推出了雙工件臺(tái)，滿足先進(jìn)工藝的的速度、精度、穩(wěn)定性要求。1.3各項(xiàng)革新推向光刻性能巔峰自1990年美國(guó)SVGL公司推出MicrascanI步進(jìn)掃描光刻機(jī)以來(lái)，全球主流光刻機(jī)廠商均采用步進(jìn)掃描光刻原理。這其中，DUV步進(jìn)掃描光刻機(jī)包攬7納米及之前的全部工藝制程。在1990到之后的這近30年時(shí)間里，集成電路制造工藝水平已經(jīng)發(fā)生翻天覆地的變化。而為了滿足先進(jìn)制程的各項(xiàng)要求，光刻機(jī)除了之前提到的雙工件臺(tái)外，還采用了多項(xiàng)其他重大革新。更高端的工藝制程的集成電路，具有更小的線寬，這就需要光刻機(jī)具有更高的曝光分辨率。此時(shí)就需提到?jīng)Q定光刻分辨率的公式R=K1?λ/Na。其中，K1為工藝因子常數(shù)，與照明方式、掩膜類(lèi)型、光刻膠顯影性能等參數(shù)相關(guān);λ為光源波長(zhǎng)；Na為物鏡的孔徑數(shù)值。光刻機(jī)不斷提高物鏡的孔徑數(shù)值，并采用波長(zhǎng)更短的光源來(lái)提高分辨率水平。SVGL公司于1993年推出的MicrascanII型光刻機(jī)，采用250nm汞燈光源，分辨率為350nm,孔徑數(shù)值為1.35。1995年，日本尼康推出全球首臺(tái)采用248nm的KrF光源的光刻機(jī)，分辨率達(dá)到250nm；并于1999年推出首臺(tái)采用193nm的干式ArF光源的光刻機(jī)NSR-S302A，分辨率小于180納米。在此之后，光源波長(zhǎng)一直停滯在193nm水平，提升分辨率主要依賴(lài)改良物鏡，提升孔徑數(shù)值。針對(duì)如何進(jìn)一步提升分辨率的問(wèn)題上，各廠家產(chǎn)生技術(shù)爭(zhēng)議。日本企業(yè)計(jì)劃采用157nm的F2光源；荷蘭ASML決定采用臺(tái)積電研發(fā)副總監(jiān)林本堅(jiān)提出的，在物鏡鏡頭和晶圓之間增加去離子水增大折射率的設(shè)想。ASML于2004年推出首臺(tái)浸沒(méi)式光刻機(jī)（ArFi）TWINSCANAT1150i，獲得客戶(hù)迅速認(rèn)可，市場(chǎng)份額得以快速攀升。采用浸沒(méi)式系統(tǒng)的光刻機(jī)，其入射到晶圓表面的光線等效為134nm的波長(zhǎng)，疊加物鏡的不斷改進(jìn)（孔徑數(shù)值NA最高可達(dá)1.35），整機(jī)的半周期分辨率（half-pitch）提升到了小于38納米的級(jí)別，可滿足28納米工藝需求。但當(dāng)制程等級(jí)達(dá)到22納米級(jí)別時(shí)，光刻機(jī)的分辨率也已力不從心，各大晶圓廠分分引入了多重膜版工藝。多重掩膜版工藝有多個(gè)細(xì)分類(lèi)，其中雙重曝光（DE）在28納米節(jié)點(diǎn)首先啟用，用于改善圖形質(zhì)量。此外，曝光-固化-曝光-刻蝕（LFLE）、雙重光刻（LELE）、三重光刻（LELELE），自對(duì)準(zhǔn)多重圖形（SAMP）技術(shù)陸續(xù)在14/16nm-7nm工藝節(jié)點(diǎn)發(fā)揮了重要作用。多重掩膜版工藝的發(fā)展，對(duì)光刻設(shè)備提出了更高的要求。首先，為保證兩次光刻之間的精準(zhǔn)對(duì)齊（否則會(huì)產(chǎn)生電路錯(cuò)位或高度均勻性偏差），光刻機(jī)需要嚴(yán)格控制套刻誤差；為此光刻機(jī)升級(jí)采用更精確的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，也配備了更高等級(jí)的套刻誤差測(cè)量設(shè)備。其次因?yàn)椴捎秒p重光刻（LELE）等使每次曝光的圖案間距增大一倍，但是對(duì)圖案本身線寬的要求并沒(méi)有降低。對(duì)此，光刻機(jī)需要更好的圖案質(zhì)量和穩(wěn)定性，更小的光學(xué)畸變。針對(duì)5納米及以下的制程節(jié)點(diǎn)，分辨率更高極紫外光刻機(jī)（EUV）成為必需設(shè)備。因?yàn)楫?dāng)工藝節(jié)點(diǎn)達(dá)到7納米等級(jí)后，自對(duì)準(zhǔn)四重圖形（SAQP）等成為光刻工藝的主流方案，也產(chǎn)生了相關(guān)技術(shù)難題。首先，自對(duì)準(zhǔn)四重圖形和三重光刻包含大量配套的刻蝕、薄膜沉積、去膠和膜層剝離等步驟，工藝復(fù)雜程度急劇提升，保持良率難度大。其次多重曝光所采用的193nm光源本身的分辨率極限，其成像能力不滿足5納米或更高等級(jí)制程需求。EUV光刻機(jī)也可降低10-7納米等級(jí)芯片生產(chǎn)的復(fù)雜程度。與DUV使用的準(zhǔn)分子激光光源不同，EUV光刻采用13.5nm波長(zhǎng)的離子體光源。這種光源是通過(guò)二氧化碳激光器轟擊霧化的錫（Sn）金屬液滴，將它們蒸發(fā)成等離子體，通過(guò)高價(jià)錫離子能級(jí)間的躍遷獲得的。由于EUV光線波長(zhǎng)短很容易被空氣吸收，所以工作環(huán)境需要被抽成真空，也無(wú)法被玻璃透鏡折射。硅與鉬鍍膜的布拉格反射器（Braggreflector，一種多層鏡面，可以將很多小的反射集中成一個(gè)更強(qiáng)的反射）取代了原有的物鏡。德國(guó)光學(xué)公司蔡司（Zeiss）生產(chǎn)世界上最平坦的鏡面，使得EUV光線經(jīng)過(guò)多次反射后能夠精準(zhǔn)的投射到晶圓上。目前ASML最先進(jìn)的EUV設(shè)備為NXE3600D，分辨率達(dá)到13納米，適用于3-5納米芯片制程，未來(lái)計(jì)劃通過(guò)進(jìn)一步提升孔徑數(shù)值來(lái)提高分辨率水平。1.4電子束、納米壓?。簼撛诘牧肀脔鑿诫娮邮?激光直寫(xiě)技術(shù)使用帶電粒子/激光直接轟擊對(duì)象表面，在目標(biāo)基片上一次形成納米圖案構(gòu)造，無(wú)需制備價(jià)格昂貴的掩膜版，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期較短。這其中激光直寫(xiě)光刻已經(jīng)運(yùn)用到了PCB制造中。電子束光刻具有極高的分辨率（10納米等級(jí)）和曝光精度，有望成為EUV光刻之外的另一種選擇。目前電子束光刻的技術(shù)局限是工作效率較低，無(wú)法運(yùn)用在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)中；后續(xù)的多電子束光刻有望在未來(lái)解決這一問(wèn)題。納米壓印采用電子束等技術(shù)將電路圖案刻制在掩膜上，然后通過(guò)掩膜使得對(duì)象上的聚合物變形，再采用某種方式使得聚合物固化，進(jìn)而完成圖案的轉(zhuǎn)移。納米壓印具備分辨率高，成本低的特點(diǎn)；但其同時(shí)存在刻套誤差大，缺陷率高，掩膜版易被污染的技術(shù)問(wèn)題。2光刻機(jī)：多種先進(jìn)系統(tǒng)的精準(zhǔn)組合2.1光刻機(jī)的整體結(jié)構(gòu)光刻機(jī)是最復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品之一，其本體由照明、投影物鏡、工件臺(tái)、掩模臺(tái)、對(duì)準(zhǔn)與測(cè)量、掩模傳輸、晶圓傳輸?shù)戎饕到y(tǒng)組成。此外，還有環(huán)境與電氣系統(tǒng)、光刻計(jì)算（OPC）與掩膜優(yōu)化（SMO）軟件、顯影涂膠設(shè)備提供支持。主要性能指標(biāo)有分辨率、套刻精度和產(chǎn)率。隨著集成電路的發(fā)展，光刻機(jī)各個(gè)系統(tǒng)不斷優(yōu)化升級(jí)，雙工件臺(tái)技術(shù)與浸液技術(shù)相繼被采用，采用全反射式光學(xué)系統(tǒng)的極紫外光刻機(jī)已經(jīng)用于量產(chǎn)。為了滿足不斷提升的性能指標(biāo)要求，光刻機(jī)的各個(gè)組成系統(tǒng)不斷突破光學(xué)、精密機(jī)械、材料等領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)高精尖技術(shù)的融合。2.2光源系統(tǒng)：光刻機(jī)的能量源泉i線（365nm波長(zhǎng)）及以上波長(zhǎng)光刻機(jī)使用的光源是高壓汞燈。高壓汞燈能提供254～579nm波長(zhǎng)的光。使用濾波器可以選擇性的使用i線（365nm）、H線（405nm）或G線（436nm）為光刻機(jī)提供照明光源。KrF和ArF/ArFi光刻機(jī)使用準(zhǔn)分子激光器作為光源，其工作的原理是：惰性氣體（Kr，Ar）在電場(chǎng)和高壓環(huán)境下與鹵族元素氣體（F2，Cl2）反應(yīng)生成不穩(wěn)定的準(zhǔn)分子。激發(fā)態(tài)的準(zhǔn)分子又不斷分解，并釋放深紫外（DUV）的光子。KrF與ArF準(zhǔn)分子分別釋放248nm、193nm波長(zhǎng)的光子。準(zhǔn)分子激光是脈沖式的，其關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)有脈沖的頻率、輸出功率、持續(xù)時(shí)間、穩(wěn)定性等。光源更高輸出功率，意味著曝光時(shí)間縮短和光刻機(jī)產(chǎn)能提高。美國(guó)Cymer和日本GIGAPHOTON的最新型光源，輸出功率已達(dá)到120W，脈沖的頻率是6000Hz，脈沖持的續(xù)的時(shí)間在100～150ns。降低光源系統(tǒng)的能耗和激光腔更換成本，也是降低光刻成本的主要方式。DUV光源主要通過(guò)三種方法來(lái)降低功耗、延長(zhǎng)激光腔使用壽命。第一是改善腔體內(nèi)部件的絕緣度。氣體在腔體內(nèi)電極之間的流動(dòng)是由風(fēng)扇（CFF）驅(qū)動(dòng)的,通過(guò)改善腔體內(nèi)部件的絕緣度可以降低功耗19％。第二個(gè)是增強(qiáng)氣體的預(yù)電離（pre-ionization）。電極之間的間距大約有10mm左右，如果不對(duì)氣體作預(yù)電離，很難在電極之間形成穩(wěn)定的放電，也會(huì)增加電極的損耗。第三個(gè)是電極表面特殊處理。電極的損耗限制了激光腔使用壽命，損耗程度與產(chǎn)生的激光脈沖次數(shù)（laserpulse）成正比。在放電時(shí)，氣體中的F會(huì)不斷腐蝕金屬制成的電極。經(jīng)過(guò)特殊表面處理后的電極的抗腐蝕和抗離子濺射能力大大提高，可以使激光腔的使用壽命增大到600億次脈沖以上。隨著光刻技術(shù)對(duì)光源輸出功率和頻寬要求的不斷提高，單激光腔結(jié)構(gòu)的光源不能滿足高功率和精準(zhǔn)頻寬同時(shí)輸出。雙腔結(jié)構(gòu)的主振蕩-放大技術(shù)被引入，其基本思想是利用主振蕩腔產(chǎn)生小能量的窄頻寬種子光，注入放大腔輸出大能量脈沖，從而得到窄頻寬、大功率的優(yōu)質(zhì)激光輸出。激光光源在工作時(shí)，其內(nèi)置的測(cè)量模塊會(huì)測(cè)量各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，記錄在系統(tǒng)中并傳輸?shù)焦饪虣C(jī)和晶圓廠內(nèi)部的數(shù)據(jù)系統(tǒng)中。這些狀態(tài)參數(shù)包括：輸出能量、波長(zhǎng)、頻寬、束斑的形狀、束斑的位置和發(fā)散度等。有些數(shù)據(jù)有助于工藝工程師監(jiān)測(cè)光刻工藝的穩(wěn)定性，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類(lèi)異常。EUV光源是目前最先進(jìn)的光源。EUV光刻機(jī)采用的是CO2激發(fā)的LPP光源，主要由主脈沖激光器、預(yù)脈沖激光器、光束傳輸系統(tǒng)、錫液滴靶、錫回收器、收集鏡等構(gòu)成。EUV光源的主要工作方式為：在真空腔體中，將高溫熔融并加電磁場(chǎng)使其處于等離子體狀態(tài)的錫從噴槍中等間隔噴出，每個(gè)錫滴的大小保持在7.5-13微米左右。當(dāng)錫滴經(jīng)過(guò)中心區(qū)域時(shí)，安裝在腔壁上的高分辨率相機(jī)捕捉到錫滴，反饋給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)綜合定位控制、激光光束軸、定時(shí)控制器等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，控制激光槍連續(xù)發(fā)射兩個(gè)脈沖擊中該錫滴體。第一個(gè)激光脈沖可使錫滴壓扁為餅狀，第二個(gè)脈沖緊隨其后再次擊中該錫滴，兩次高能激光脈沖可將該錫滴瞬間加熱至50000K，從而使錫原子躍升至高能態(tài)，并回歸至基態(tài)釋放出13.5nm的紫外光,經(jīng)收集鏡導(dǎo)入到曝光系統(tǒng)當(dāng)中。超導(dǎo)磁場(chǎng)系統(tǒng)位于EUV腔外部，并能在EUV腔內(nèi)產(chǎn)生高強(qiáng)度的磁場(chǎng)，從而保護(hù)收集器鏡面不受錫等離子體產(chǎn)生的高速錫離子的影響。EUV光源的輸出功率是重要性能指標(biāo)。目前最先進(jìn)的NXE3400C型光刻機(jī)，輸出功率已達(dá)到250w,未來(lái)有可能升級(jí)到300w。下一代High-NA光刻機(jī)計(jì)劃將功率提升到500w。2.3照明與物鏡投影系統(tǒng)：精準(zhǔn)成像照明與投影物鏡系統(tǒng)的精確性與穩(wěn)定性，對(duì)于將掩膜版上的圖案準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移到晶圓上，起到?jīng)Q定性的作用，是光刻機(jī)的核心組件?，F(xiàn)今主流光刻機(jī)的照明與投影物鏡系統(tǒng)，都內(nèi)置有光學(xué)調(diào)整功能組件，能夠依據(jù)掩膜版的圖案結(jié)合光刻優(yōu)化算法，采取最佳的曝光優(yōu)化方案。光刻機(jī)整體通過(guò)照明系統(tǒng)、掩膜版、投影物鏡、光刻計(jì)算的互相配合，實(shí)現(xiàn)最佳光刻方案。照明系統(tǒng)位于光源和掩模臺(tái)之間，其功能是調(diào)節(jié)照明光場(chǎng)的空間和角譜分布，為掩膜版提供曝光最合適的照明光場(chǎng)（不同掩膜版圖案適用不同的照明光場(chǎng)）。主要功能包括：均勻照明、變化不同的照明方式、控制晶圓的曝光劑量。晶圓表面一格點(diǎn)的曝光劑量是照明光場(chǎng)在掃描方向上的能量積分（累計(jì)值），其分布直接影響分辨率均勻性，所以照明均勻性成為關(guān)鍵性能指標(biāo)之一。照明系統(tǒng)的能量監(jiān)測(cè)單元，可測(cè)量準(zhǔn)分子激光器發(fā)出的單個(gè)脈沖能量，并調(diào)整激光器的單脈沖能量，使累積的能量達(dá)到預(yù)定的曝光劑量?？勺兺高^(guò)率單元，根據(jù)曝光劑量及均勻性的要求改變光的透過(guò)率，調(diào)整照明光的光強(qiáng)。早期光刻機(jī)使用衍射光學(xué)元件（DOE）來(lái)調(diào)節(jié)照明方式（光瞳形狀）。激光光源發(fā)出的光，通過(guò)準(zhǔn)直系統(tǒng)變成平行光后，投射到衍射光學(xué)元件上，再被折射到指定位置，從而形成特定的照明方式。2010年左右生產(chǎn)了光源掩模協(xié)同優(yōu)化（SMO）技術(shù)，可對(duì)照明光場(chǎng)像素化編程，能快速生成任意照明模式。SMO系統(tǒng)的核心是一個(gè)可編程微反射鏡陣列，微反射鏡陣列中有數(shù)千個(gè)微反射鏡，每個(gè)微反射鏡都可以在照明系統(tǒng)光瞳面上產(chǎn)生一個(gè)光點(diǎn)。SMO系統(tǒng)可控制各個(gè)微反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度，調(diào)節(jié)每個(gè)微反射鏡的指向，從而得到目標(biāo)光源。掩膜版圖形也會(huì)根據(jù)SMO、光學(xué)鄰近效應(yīng)修正（OPC）等光刻計(jì)算軟件的模擬仿真結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。光學(xué)鄰近效應(yīng)修正（OPC）系統(tǒng)通常與SMO系統(tǒng)組合運(yùn)行。從180納米制程節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，集成電路中的最小線寬已經(jīng)小于光源波長(zhǎng)。曝光時(shí)相鄰圖形光線的干涉和衍射效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致圖像畸變，使得晶圓上的圖形和掩模上的圖形差別較大，（線條寬度會(huì)變窄、窄線條端點(diǎn)會(huì)收縮、圖形拐角處變圓滑）。OPC系統(tǒng)依據(jù)光照條件和電路圖案，對(duì)掩模上的圖形做適當(dāng)修改可以補(bǔ)償這種效應(yīng)。位于掩膜版和晶圓之間的投影物鏡系統(tǒng)，也可以通過(guò)計(jì)算光刻系統(tǒng)與SMO、OPC技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)照明、掩膜、投影物鏡的協(xié)同優(yōu)化，提高光刻機(jī)的成像質(zhì)量。投影物鏡將掩膜版圖形，按照一定的縮放比例（通常是4:1）投射到硅片面。由于掩模圖形的線寬是硅片上的4倍，降低了掩模制造難度、減小了掩模缺陷對(duì)光刻的影響。但由于光源的波長(zhǎng)不斷減小，導(dǎo)致投影物鏡的可用材料種類(lèi)越來(lái)越少。大部分光學(xué)材料在深紫外（DUV）波段透過(guò)率都很低，可用材料只有熔融石英與氟化鈣，世界上只有少數(shù)幾家材料供應(yīng)商能夠提供。即使是采用最高等級(jí)材料制作的透鏡，也不可避免地存在像差。物鏡鏡片長(zhǎng)時(shí)間曝光后的熱效應(yīng)、鏡片的老化變形、光學(xué)元件缺陷、及透鏡技術(shù)的自身光學(xué)局限都會(huì)導(dǎo)致像差。其中，對(duì)像差形成影響最大的光線經(jīng)過(guò)透鏡后的波前畸變，波前畸變可用澤尼克多項(xiàng)式描述。光刻機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要考慮64階的尼克多項(xiàng)式系數(shù)影響。先進(jìn)集成電路光刻工藝對(duì)像差的要求非常嚴(yán)格。高端光刻機(jī)（浸沒(méi)式/EUV）的像差與畸變已經(jīng)降低到1納米以下水平。為有效控制圖像畸變，光刻機(jī)的投影物鏡系統(tǒng)會(huì)在工作過(guò)程中，實(shí)時(shí)調(diào)整自身的光學(xué)元件。投影物鏡系統(tǒng)的光學(xué)元件調(diào)整機(jī)制，與OPC、SMO等光刻計(jì)算系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)作。主要的運(yùn)作方式為：在光瞳附近增加可局部加熱的光學(xué)元件，通過(guò)控制該元件局部溫度的變化改變材料折射率，實(shí)現(xiàn)高階波像差的補(bǔ)償；或是在投影物鏡光路中增加變形鏡，通過(guò)控制變形鏡的形變改變光程，實(shí)現(xiàn)高階波像差的補(bǔ)償。EUV光源發(fā)出的波長(zhǎng)為13.5納米的極紫外光，被幾乎所有光學(xué)材料強(qiáng)吸收，故EUV光刻機(jī)的照明系統(tǒng)的投影物鏡系統(tǒng)只能采用全反射式結(jié)構(gòu)。EUV的反射鏡對(duì)加工精度的要求極高，其表面鍍有鉬/硅多層膜及一層2-3nm的釕保護(hù)膜。釕膜可以有效延緩鉬/硅的氧化，降低碳在表面沉積的速率。2.4工件臺(tái)系統(tǒng)：光刻產(chǎn)能與精確對(duì)準(zhǔn)的關(guān)鍵雙工件臺(tái)系統(tǒng)于2000年被荷蘭ASML公司發(fā)明推出，被稱(chēng)為T(mén)WINSCAN系統(tǒng)。在雙工件臺(tái)系統(tǒng)中，兩個(gè)工件臺(tái)相對(duì)獨(dú)立但同時(shí)運(yùn)作；一個(gè)工件臺(tái)承載晶圓做曝光時(shí)，另一個(gè)工件臺(tái)對(duì)晶圓做對(duì)準(zhǔn)測(cè)量等準(zhǔn)備工作。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)工件臺(tái)的曝光步驟完成后，兩個(gè)工件臺(tái)交換位置和功能。雙工件臺(tái)的工作過(guò)程中，晶圓在測(cè)量工件臺(tái)上完成晶圓片裝載、三維形貌測(cè)量后，兩個(gè)工件臺(tái)通過(guò)位置交換進(jìn)入曝光位置，再與掩模對(duì)準(zhǔn)后，完成掃描曝光。老式的光刻機(jī)中只有一個(gè)工件臺(tái)，晶圓的上下片、測(cè)量、對(duì)準(zhǔn)、曝光依次進(jìn)行；而在雙工件臺(tái)光刻機(jī)中，大部分測(cè)量、校正工作可以在非曝光工件臺(tái)上進(jìn)行，曝光位置的利用效率大幅提高。雙工件臺(tái)的發(fā)明使得光刻機(jī)的產(chǎn)能有了大幅度的提高。傳統(tǒng)的單工件臺(tái)光刻機(jī)很難實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)能超過(guò)100WPH，而基于雙工件臺(tái)的ASML浸沒(méi)式光刻機(jī)的產(chǎn)能已經(jīng)能超過(guò)200WPH，部分新型光刻機(jī)產(chǎn)能已經(jīng)接近300WPH。雙工件臺(tái)設(shè)計(jì)有效提高了產(chǎn)能，也為光刻過(guò)程中的測(cè)量步驟預(yù)留出了更多的時(shí)間。掩模臺(tái)與工件臺(tái)需高精度同步運(yùn)動(dòng)，否則會(huì)導(dǎo)致成像位置偏移，降低分辨率和套刻精度。此外，高端光刻機(jī)廣泛運(yùn)用在多重曝光工藝中，這些工藝對(duì)晶圓、工件臺(tái)、掩膜版之間對(duì)準(zhǔn)精度要求極高。晶圓和掩膜版上設(shè)計(jì)有特殊對(duì)準(zhǔn)圖形，兩者位于一定范圍內(nèi)，光刻機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)才能捕捉到；這要求工件臺(tái)與掩膜臺(tái)具備預(yù)對(duì)準(zhǔn)功能。工件臺(tái)和晶圓有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，ATHENA對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，能依據(jù)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記確其位置；此外工件臺(tái)上設(shè)置有TIS傳感器，TIS對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)將掩膜上的TIS標(biāo)記投射到工件臺(tái)TIS傳感器上，進(jìn)而計(jì)算出掩膜圖形與晶圓的相對(duì)位置。TIS與ATHENA對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)主要依賴(lài)光學(xué)原理進(jìn)行，更先進(jìn)的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)采用更多波段的光源，進(jìn)一步提高對(duì)準(zhǔn)精度。硅片曝光過(guò)程中，工件臺(tái)需要反復(fù)進(jìn)行步進(jìn)、加速、掃描、減速等運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率要求工件臺(tái)具有很高的步進(jìn)速度、很高的加速度與掃描速度。目前高端ArF光刻機(jī)套刻精度已達(dá)到1.4nm。為實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)，工件臺(tái)的定位精度已達(dá)到亞納米量級(jí)，速度達(dá)到1m/s，加速度達(dá)到30m/s或更高。此外，工件臺(tái)/掩模臺(tái)在高速工件臺(tái)的這些指標(biāo)，對(duì)超精密機(jī)械技術(shù)提出了很高的要求。光刻機(jī)的物鏡存在聚焦深度，聚焦深度外的光刻膠無(wú)法有效曝光。因此，對(duì)掩模圖形進(jìn)行曝光時(shí)，整個(gè)晶圓表面必須處于焦深之內(nèi)。然而晶圓表面并不是完全平整的，尤其是經(jīng)過(guò)多次刻蝕、沉積之后。因此曝光前，必須對(duì)晶圓面進(jìn)行高精度的調(diào)焦調(diào)平。首先通過(guò)調(diào)焦調(diào)平傳感器，確定最佳的焦面距離和傾斜量，然后通過(guò)工件臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使晶圓表面待曝光區(qū)域位于焦深范圍之內(nèi)。先進(jìn)的ArFi光刻機(jī)的焦深在100nm以下，因此雙工件臺(tái)需要具備納米級(jí)別的調(diào)節(jié)能力。3光刻設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模大，國(guó)產(chǎn)亟待零的突破3.1芯片制程升級(jí)，光刻設(shè)備成本占比不斷提升光刻機(jī)是半導(dǎo)體前道制造設(shè)備之首，最大的半導(dǎo)體設(shè)備細(xì)分類(lèi)市場(chǎng)。光刻機(jī)是集成電路制造的核心設(shè)備，全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)中光刻機(jī)占比超24%。且隨著半導(dǎo)體制程升級(jí)晶體管尺寸縮小，圖案轉(zhuǎn)移難度加大，光刻機(jī)的重要性和開(kāi)支占比有望繼續(xù)提升。據(jù)觀研天下估算2021年全球光刻機(jī)市場(chǎng)規(guī)模為181億美元，預(yù)計(jì)2022年將達(dá)到201億美元。與光刻設(shè)備配套的顯影涂膠設(shè)備2021年市場(chǎng)規(guī)模超30億美元。光刻機(jī)銷(xiāo)售數(shù)量的高速增長(zhǎng)，與光刻設(shè)備單價(jià)的提升，有力推動(dòng)了全球光刻設(shè)備市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大。2020年起，疫情導(dǎo)致電子產(chǎn)品需求增加，新能源車(chē)滲透率提升等事件的影響，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)步入景氣周期。據(jù)ICInsights統(tǒng)計(jì)，2020-2022年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從4926億美元增長(zhǎng)到6548億美元。在此期間，晶圓廠積極擴(kuò)產(chǎn)，光刻機(jī)交付周期不斷延長(zhǎng)。為保證設(shè)備交付，各晶圓廠紛紛提前下單訂購(gòu)設(shè)備，進(jìn)一步推升了光刻機(jī)的銷(xiāo)量。出貨量不斷增加的同時(shí)，光刻機(jī)單價(jià)也不斷提升。隨著芯片制程不斷升級(jí)，所需光刻機(jī)種類(lèi)發(fā)生變化；邏輯制程從5納米節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，必須使用EUV光刻機(jī)，光刻設(shè)備開(kāi)支占比明顯提升；DRAM芯片從1A節(jié)點(diǎn)開(kāi)始逐步采用EUV光刻機(jī)；3DNAND芯片由于多層疊堆技術(shù)的發(fā)明，仍使用較老式的光刻機(jī)，光刻設(shè)備開(kāi)支占比有所下降。整體上ArFi和EUV高端光刻機(jī)占比有所提升；單臺(tái)EUV光刻機(jī)售價(jià)超過(guò)1億美元，推高了平均售價(jià)。3.2ASML擁有近乎壟斷市場(chǎng)地位半導(dǎo)體前道光刻機(jī)市場(chǎng)被ASML、Nikon、Canon三家公司把持，市場(chǎng)集中度高，TOP3市場(chǎng)占有率超過(guò)90%。其中ASML由于其技術(shù)領(lǐng)先，壟斷了單臺(tái)價(jià)值量最高EUV光刻機(jī)；ASML也憑借自身在浸沒(méi)式系統(tǒng)和雙工件臺(tái)的先發(fā)創(chuàng)新，占據(jù)了ArF和KrF領(lǐng)域的大部分市場(chǎng)。日本Nikon在ArF領(lǐng)域有一定的技術(shù)積累，但其工件臺(tái)等設(shè)計(jì)與行業(yè)主流不同，客戶(hù)接受度較低，近兩年光刻機(jī)銷(xiāo)量持續(xù)下降。佳能已經(jīng)完全退出高端光刻機(jī)市場(chǎng)，出貨量上升主要原因是i-ine光刻機(jī)出貨量大幅增長(zhǎng)。就出貨機(jī)臺(tái)數(shù)量而言，ASML占79.4％，Nikon與Canon分別占據(jù)10.4％和10.2％的市場(chǎng)份額。日本Canon公司2021年光刻設(shè)備銷(xiāo)售金額2137億日元（19.6億美元，包括67臺(tái)面板光刻設(shè)備）；Nikon公司銷(xiāo)售光刻設(shè)備2112億日元（19.37億美元，包括46臺(tái)面板光刻設(shè)備）。而ASML公司2021年銷(xiāo)售金額為186億歐元，全部為前道光刻設(shè)備，相對(duì)兩家日本企業(yè)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)不斷擴(kuò)大。3.3ASML的發(fā)展歷程ASML難以撼動(dòng)的行業(yè)地位并非一蹴而就，其最早是1984年飛利浦因?yàn)榻?jīng)營(yíng)危機(jī)放棄非核心業(yè)務(wù)而成立的一家小公司。ASML于成立當(dāng)年推出第一款產(chǎn)品PAS2000步進(jìn)重復(fù)式光刻機(jī)。1985年，擁有100名員工的ASML搬遷到新總部，1986年推出新款的PAS2500光刻機(jī)，并與德國(guó)的重要供應(yīng)商蔡司（ZEISS）建立了合作關(guān)系。1988年，ASML通過(guò)飛利浦在中國(guó)臺(tái)灣的合資制造企業(yè)，進(jìn)入亞洲市場(chǎng)，并在美國(guó)設(shè)立了5個(gè)辦事處。但當(dāng)時(shí)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，使得ASML的財(cái)務(wù)壓力極大，只能依靠飛利浦的支持繼續(xù)開(kāi)展研發(fā)。1991年，ASML推出PAS5500型光刻機(jī)，其行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)能和分辨率得到客戶(hù)認(rèn)可，開(kāi)始逐步實(shí)現(xiàn)盈利，并于1995年上市。ASML此后高速發(fā)展，于2001年推出TWINSCAN雙工作臺(tái)，之后幾年推出了TWINSCANXT系列浸沒(méi)式光刻機(jī)，市場(chǎng)份額快速增長(zhǎng)。2010年ASML成功完成第一臺(tái)EUV光刻機(jī)樣機(jī)NXE3100，并成為EUV光刻機(jī)的唯一廠商。ASML公司的快速發(fā)展，離不開(kāi)與客戶(hù)的緊密協(xié)作。臺(tái)積電（TSMC）早期曾通過(guò)交叉協(xié)議采用飛利浦的技術(shù)生產(chǎn)芯片，因此也與其子公司ASML保持著密切協(xié)作；雙方在浸沒(méi)式光刻的研發(fā)上一拍即合，奠定了ASML浸沒(méi)式光刻機(jī)的領(lǐng)先地位。ASML在與英特爾的合作中也受益頗豐。ASML加入了英特爾聯(lián)合政府、企業(yè)建立了EUV技術(shù)聯(lián)盟。英特爾協(xié)調(diào)美國(guó)能源部及其下屬三大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室：勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室，為ASML推進(jìn)EUV技術(shù)的研發(fā)開(kāi)放了大量技術(shù)資源，進(jìn)一步擴(kuò)大了對(duì)其他企業(yè)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。此外，ASML允許其大客戶(hù)對(duì)其進(jìn)行少數(shù)股權(quán)投資，英特爾、臺(tái)積電、三星投資總計(jì)約39億歐元取得23%的股份，并提供EUV研發(fā)資金13.8億歐元，享受EUV光刻機(jī)的優(yōu)先供貨權(quán)，成功構(gòu)筑了利益共同體。ASML公司也格外重視上游關(guān)鍵供應(yīng)鏈，通過(guò)收購(gòu)Cymer，入股蔡司，獲取了光源、鏡頭等領(lǐng)先技術(shù)，加速了EUV光源和光學(xué)系統(tǒng)的研發(fā)進(jìn)程。此外ASML也與VDL，Aallberts，Trumpf，Prodrive等公司保持密切合作。3.4聚焦成熟制程，光刻設(shè)備國(guó)產(chǎn)化亟待發(fā)力我國(guó)的光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)起步于1960年代，109廠與上海光學(xué)儀器廠協(xié)作研制成功我國(guó)第一臺(tái)65型接觸式光刻機(jī)。1978年中科院半導(dǎo)體所開(kāi)始研制JK-1型半自動(dòng)接近式光刻機(jī)，1980年研制成功。1981年完成第二階段工藝試驗(yàn)，同年上海光學(xué)機(jī)械廠的研制的JKG-3型光刻機(jī)通過(guò)鑒定與設(shè)計(jì)定型。第四十五所于1985年成功研制BG-101步進(jìn)式光刻機(jī)，并通過(guò)了技術(shù)鑒定，性能指標(biāo)接近美國(guó)GCA公司4800DSW系統(tǒng)的水平。同年，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研制的掃描式投影光刻機(jī)通過(guò)鑒定。但在80年代后期與90年代，由于海外集成電路的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力，我國(guó)光刻機(jī)及相關(guān)技術(shù)進(jìn)展緩慢，相關(guān)產(chǎn)品多止步于科研項(xiàng)目，缺乏產(chǎn)線量產(chǎn)驗(yàn)證。2002年，上海微電子裝備有限公司（SMEE）成立，并承擔(dān)了863計(jì)劃中的100納米分辨率Arf光刻機(jī)項(xiàng)目。通過(guò)參與863計(jì)劃與02專(zhuān)項(xiàng)，上海微電子掌握了光刻機(jī)多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并于2016年推出用于IC前道制造的600系列光刻機(jī)，工藝覆蓋90納米、110納米和280納米，為浸沒(méi)式光刻機(jī)的研發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。作為中國(guó)國(guó)內(nèi)唯一的光刻機(jī)整機(jī)廠商，上海微電子在光刻領(lǐng)域的布局較為完善，覆蓋了集成電路前道制造光刻、后道封裝光刻、6寸及以下襯底光刻、面板光刻等多個(gè)領(lǐng)域。其中在后道封裝領(lǐng)域，上海微電子已經(jīng)占據(jù)了中國(guó)國(guó)內(nèi)80%，全球40%的市場(chǎng)份額。除服務(wù)集成電路產(chǎn)業(yè)外，上海微電子的光刻機(jī)也廣泛應(yīng)用于集成電路前道、先進(jìn)封裝、FPD面板MEMS、LED、PowerDevices等制造領(lǐng)域。SSX600系列步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)采用四倍縮小倍率的投影物鏡、工藝自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平技術(shù)，以及高速高精的自減振六自由度工件臺(tái)掩模臺(tái)技術(shù)，可滿足IC前道制造90nm、110nm、280nm關(guān)鍵層和非關(guān)鍵層的光刻工藝需求。該設(shè)備可用于8寸線或12寸線的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。SSB500系列步進(jìn)投影光刻機(jī)主要應(yīng)用于200mm/300mm集成電路先進(jìn)封裝領(lǐng)域，包括FlipChip、Fan-InWLP、Fan-OutWLP和2.5D/3D等先進(jìn)封裝形式，可滿足Bumping、RDL和TSV等制程的晶圓級(jí)光刻工藝需求。SSB300系列步進(jìn)投影光刻機(jī)面向6英寸以下中小基底先進(jìn)光刻應(yīng)用領(lǐng)域，滿足HB-LED、MEMS和PowerDevices等領(lǐng)域單面或雙面光刻工藝需求。SSB200系列投影光刻機(jī)采用先進(jìn)的投影光刻機(jī)平臺(tái)技術(shù)，專(zhuān)用于AM-OLED和LCD顯示屏TFT電路制造，可應(yīng)用于2.5代～6代的TFT顯示屏量產(chǎn)線。該系列設(shè)備具備高分辨率、高套刻精度等特性，支持6英寸掩模。以上海微電子為首的國(guó)內(nèi)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈已初具雛形，但除光刻機(jī)整機(jī)集成外，還包括光源、物鏡與照明系統(tǒng)、雙工件臺(tái)、浸沒(méi)系統(tǒng)等關(guān)鍵組成部分，與顯影涂膠及量測(cè)檢測(cè)的配套設(shè)備。在分工上，上海微電子負(fù)責(zé)光刻機(jī)設(shè)計(jì)總裝，北京科益虹源生產(chǎn)光源系統(tǒng)，北京國(guó)望光學(xué)供應(yīng)物鏡投影系統(tǒng)，國(guó)科精密提供照明系統(tǒng)，浙江啟爾機(jī)電提供浸沒(méi)系統(tǒng)，華卓精科研發(fā)雙工件臺(tái)。美?？萍寂c蘇大維格為國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)提供空氣凈化器與光柵；炬光科技與福晶科技為ASML供應(yīng)商，未來(lái)也有望參與光刻國(guó)產(chǎn)化。4投資分析4.1蘇大維格：發(fā)力非IC光刻機(jī)與多種光學(xué)元件蘇大維格深耕微納光學(xué)產(chǎn)業(yè)，通過(guò)研發(fā)積累和不斷的收購(gòu)擴(kuò)張，已經(jīng)建立了較為完善的微納光學(xué)生產(chǎn)體系。公司業(yè)務(wù)涵蓋上游光學(xué)制造設(shè)備與多種微納光學(xué)產(chǎn)品；公司與多方合作設(shè)立研發(fā)創(chuàng)新中心，開(kāi)展底層關(guān)鍵技術(shù)研究。公司整體布局分為四大事業(yè)群，產(chǎn)品包括多種光刻機(jī)、壓印設(shè)備、光刻機(jī)光柵防偽材料、新型包裝材料、導(dǎo)光板、導(dǎo)電膜等。運(yùn)用于AR顯示的光波導(dǎo)鏡片等也正在研發(fā)當(dāng)中。蘇大維格的設(shè)備產(chǎn)品，主要包括光刻設(shè)備和微納光學(xué)裝備兩類(lèi)，均系公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)；其設(shè)備滿足公司自身高端光學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)需要。蘇大維格通過(guò)持續(xù)迭代與升級(jí)，逐步構(gòu)建了模塊化、可升級(jí)和快速配置的光刻機(jī)平臺(tái)。蘇大維格的光刻機(jī)，為公司的產(chǎn)品與技術(shù)提供可靠的研發(fā)生產(chǎn)平臺(tái)；亦為公司產(chǎn)品性能提升提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和有力保障，已經(jīng)使用在納米透鏡、全息透鏡、裸眼3D納米導(dǎo)光板、光子晶體陣列、納米光柵、動(dòng)態(tài)衍射光學(xué)圖形、納米透鏡陣列的制造中；通過(guò)微納光學(xué)產(chǎn)品與上游制造裝備的齊頭并進(jìn)協(xié)調(diào)發(fā)展，公司有望繼續(xù)保持在相關(guān)設(shè)備領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。蘇大維格的產(chǎn)品也包括反光材料與微納光學(xué)產(chǎn)品。反光材料的成本中，化工原料占40%，受大宗商品價(jià)格波動(dòng)影響大；微納光學(xué)產(chǎn)品中，導(dǎo)光板和導(dǎo)電膜產(chǎn)品用于面板和消費(fèi)電子領(lǐng)域；包裝與防偽材料，用于高端消費(fèi)品包裝和證件防偽領(lǐng)域。2021到2022年的一系列事件，造成能源等大宗商品價(jià)格波動(dòng)嚴(yán)重，下游客戶(hù)開(kāi)工意愿較低，拖累了反光材料的毛利率；同時(shí)疫情擾動(dòng)導(dǎo)致消費(fèi)增長(zhǎng)乏力，包裝材料、導(dǎo)光板、觸控模組等產(chǎn)品的成長(zhǎng)均不理想。疊加反光材料子公司資產(chǎn)減值，蘇大維格2022年預(yù)計(jì)全年實(shí)現(xiàn)歸母凈利潤(rùn)-2.6億元至-3.6億元。隨著疫情回歸常態(tài)化防控與消費(fèi)復(fù)蘇，2023年公司各類(lèi)業(yè)務(wù)有望全面回升，實(shí)現(xiàn)扭虧為盈。蘇大維格在納米光場(chǎng)調(diào)控3D顯示、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)光波導(dǎo)AR鏡片、等領(lǐng)域進(jìn)行了前瞻性布局，并積極與相關(guān)產(chǎn)業(yè)方合作。在AR/VR領(lǐng)域，公司攻克了納米波導(dǎo)光場(chǎng)鏡片批量化關(guān)鍵技術(shù)，相關(guān)業(yè)務(wù)有望在未來(lái)實(shí)現(xiàn)較快增長(zhǎng)。此外，在消費(fèi)電子之外的汽車(chē)領(lǐng)域，公司開(kāi)發(fā)了用于AR-HUD的大幅面光波導(dǎo)模組，具備超薄、大視場(chǎng)、遠(yuǎn)虛像視距的顯示效果。目前，公司正推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)，與下游頭部企業(yè)對(duì)接AR-HUD的技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)用。蘇大維格在光伏領(lǐng)域，積極拓展自身設(shè)備和產(chǎn)品技術(shù)的市場(chǎng)。隨著光伏高效電池?cái)U(kuò)產(chǎn)落地，光伏電池用銀需求將快速增長(zhǎng)，銀漿耗用量增大是限制光伏行業(yè)持續(xù)推進(jìn)降本增效的痛點(diǎn)之一。蘇大維格的光刻機(jī)，在銅電鍍光伏的圖案化工藝方面，有著廣闊的發(fā)展?jié)摿?。銅電鍍光伏技術(shù)的加速滲透，蘇大維格也有望在相關(guān)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。4.2茂萊光學(xué)：供應(yīng)多種前道光刻機(jī)零件茂萊光學(xué)專(zhuān)注于精密光學(xué)領(lǐng)域，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的工業(yè)級(jí)精密光學(xué)廠商。公司掌握拋光技術(shù)、鍍膜技術(shù)、多棱鏡膠合技術(shù)，部分工藝可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精度；在半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域，公司的精密光學(xué)產(chǎn)品主要應(yīng)用于半導(dǎo)體檢測(cè)和光刻機(jī)中，根據(jù)弗若斯特沙利文的報(bào)告，2021年公司在全球半導(dǎo)體領(lǐng)域工業(yè)級(jí)精密光學(xué)市場(chǎng)的占有率為3.0%。半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備中的光學(xué)成像系統(tǒng)對(duì)半導(dǎo)體檢測(cè)效果有關(guān)鍵影響，茂萊光學(xué)主要為半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備提供高精度的光學(xué)顯微成像鏡頭及系統(tǒng)，產(chǎn)品具備更高分辨率、更大檢測(cè)面積，能夠較大地提高晶圓檢測(cè)設(shè)備的缺陷甄別能力及測(cè)量通量。公司目前已與Camtek、KLA等全球知名半導(dǎo)體檢測(cè)裝備商建立合作。公司為光刻機(jī)光學(xué)系統(tǒng)提供用于勻光、中繼照明模塊的光學(xué)器件、投影物鏡，以及用于工件臺(tái)位移測(cè)量系統(tǒng)的棱鏡組件，是光刻機(jī)實(shí)現(xiàn)光線均勻性與曝光成像的關(guān)鍵模塊。茂萊光學(xué)的產(chǎn)品已應(yīng)用于上海微電子等國(guó)產(chǎn)廠商的光刻機(jī)中，有望為光刻機(jī)國(guó)產(chǎn)化提供較好支撐。4.3芯源微：光刻機(jī)配套顯影涂膠設(shè)備先行者沈陽(yáng)芯源微成立于2002年，由中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所發(fā)起，公司產(chǎn)品包括涂膠機(jī)、顯影機(jī)、噴膠機(jī)、去膠機(jī)、濕法刻蝕機(jī)、單片清洗機(jī)。公司涂膠顯影相關(guān)技術(shù)積累深厚，涂膠顯影機(jī)offline、I-line、KrF設(shè)備全部實(shí)現(xiàn)批量銷(xiāo)售并正在快速放量，并陸續(xù)獲得中芯京城、上海華力、長(zhǎng)江存儲(chǔ)、合肥長(zhǎng)鑫、武漢新芯、廈門(mén)士蘭集科、上海積塔、株洲中車(chē)、青島芯恩、