4.光刻工艺原理
光刻工艺直接决定集成电路制造的细微化水平。光刻工艺是对光刻胶进行曝光和显影,形成三维光刻胶 图形的过程,光刻胶图形为所有后续图形转移工艺提供了基础,直接决定集成电路制造的微细化水平。 光刻工艺的核心是对准和曝光,实现设备是光刻机。
光刻工艺的原理和作用是,利用特定波长的光照射带有电路图形的掩膜/光罩,利用光刻胶的光敏特性, 将设计好的电路图形转移至晶圆上。光刻工艺用到的黄光区制造设备主要为光刻机及配套的涂胶显影设 备。
5.光刻机关键指标
光刻机技术等级和经济性的主要指标有分辨率、套刻精度、产率和焦深,其中,1)分辨率是指光刻能 够将掩模版上的电路图形在衬底面光刻胶上转印的最小极限特征尺寸(CD);2)套刻精度是描述在非 理想情况下,前一层电路图案与当前层电路图案套准偏移的参数;3)产率是指光刻机单位时间处理的 衬底片数,决定设备的经济性能;4)焦深是指光刻机能够清晰成像的范围。
二、光刻机核心技术及市场空间
1.光刻机成像质量取决于各系统及部件协同配合
2.光学系统、对准系统、调焦调平系统是光刻机的核心技术
鉴于光刻机是由众多部件构成的复杂系统,为了呈现各环节的重要性,参考《光刻机产业技术扩散与技 术动态演化——对“卡脖子”技术的启示》(杨武等 2022),分析结论如下:下图是光刻技术领域贡献前 10 位的 IPC(国际专利分类号),主要集中在光源、光学系统设计、光刻胶材料、光学镜头材料、抗蚀 剂材料工艺等;其中,G03F 是光刻最核心的技术分类,主要涉及光刻器件制造及光刻方法,如对准系 统、调焦调平系统等;接下来是 G02B,主要涉及光刻机的光学系统,包括照明系统和投影系统。
3.光学系统为光刻机最核心部件
光刻机光学部件指直接参与光的传输和处理过程精密零部件。一台光刻机主要由以下系统组成:光学系 统、曝光光源系统、双工作台、浸没系统、微电子系统、计算机系统、精密机械系统和控制系统等。其 中光学系统主要组成部分为光刻机的物镜系统,一般由 15~20 个直径为 200~300mm 的透镜组成, 用以补偿光源通过掩模版照射到附有光刻胶的硅片表面时产生的光学误差,除此之外光学系统还包括反 射镜、偏振器、滤光片、光阑等。 光学系统是光刻机的核心,光刻机的最小工艺节点越小,对光学系统的精度要求越高。ASML 的光刻机 光学部件主要由蔡司供应,且单位光学价值最高的 EUV 光学部件仅有蔡司有供应能力。目前,超精密 光学部件国产化虽已实现突破,但与蔡司相差甚远、任重道远。国产的物镜系统已实现了工艺上的突破, 如茂莱光学生产的超精密物镜系统用光学器件已实现搭载在 i-line 光刻机上,但其工艺相比蔡司供给 ASML 的 EUV 光学物镜系统在面型精度、表面光洁度指标等方便仍有较大差距。
4.2025E 全球光刻机/照明及物镜/光源/工件台市场规模为 293.7 /47.8 /28.6/21.5 亿美元
根据相关测算,2025E 全球光刻机市场规模为 293.7 亿美元,照明+物镜、光源、工件台、其他部件市 场规模为 47.8、28.6、21.5、45.2 亿美元;2025E 全球 EUV 光刻机市场规模为 96 亿美元,EUV 光刻 机的照明+物镜、光源、工件台、其他部件市场规模为 15.5、12.6、7.0、11.5 亿美元。
三、光刻机市场格局分析
1.全球光刻机市场呈现出明显的寡头垄断格局
(1)ASML、Nikon 和 Canon 三家公司长期占据全球光刻机市场的主导地位
其中,ASML 凭借其在高端光刻机领域的技术优势,2024 年占据了全球光刻机市场 61.2%的份额,特 别是在 EUV 光刻机领域,ASML 是全球唯一的供应商。尼康和佳能则主要集中在中低端光刻机领域。
(2)历经长期发展,ASML 把握浸没式机遇后来者居上,成为当前光刻机行业的绝对 龙头
尼康和佳能作为老牌光刻机厂商,占据先发优势,但面对当时如何突破 193 纳米波长的瓶颈的难题时, 科学界和光刻机产业界都积极寻求超越它的方案。最终,在 ASML 和台积电的通力合作下,率先将 193 纳米浸润式光刻机生产出来,也正是这一领先尼康三年的新产品,让 ASML 彻底赢得了光刻机绝大部分 的市场份额。此后,在 2013 年 ASML 推出第一台 EUV 量产产品,进一步加强行业垄断地位,截至目 前,ASML 依然是 EUV 光刻机全球唯一供应商,奠定了光刻机高端领域当之无愧的霸主地位。
(3)高端机型主要被 ASML 垄断,Nikon 及 Canon 出货主要集中在中低端品类
ASML 主导全球前道高端光刻机市场。根据 ChipInsights 的 2024 年全球半导体前道光刻机销量数据显 示,ASML 作为行业龙头在 EUV、ArFi 等高端光刻机领域的销量明显高于其他两家。Nikon 和 Canon 在 KrF、i-line 等领域占据相当程度的市场份额,Nikon 除高端的 EUV 光刻机外,其他类型均有出货; 而 Canon 则主攻低端的 i-line 和 KrF 光刻机,在 i-line 类型光刻机方面销售量较高。
(4)ASML 是全球光刻机市场领导者,2024 年总出货量达 418 台
在高端 EUV 光刻机方面,拥有垄断地位,是全球唯一量产 EUV 光刻机的厂商。根据 ASML 年报披露, 2024 年 EUV 光刻机出货量为 44 台,价值量占其总销售额的 38%;ArFi 光刻机销量 129 台,销售额占 比约 44%,是收入占比最高的出货品类;其余光刻机销量为 245 台。
(5)24 年 ASML 光刻机均价有所提升
从光刻机种类来看,ASML 是全球唯一的 EUV 光刻机供应商,具有绝对的垄断优势,2024 年首次交付 新设备 EXE(High NAEUV)2 台,引领行业走向下一时代。根据 ASML2024 年年报披露,从 2024 年 产品单价来看,EUV 机型产品均价为 1.88 亿欧元,Arfi 机型产品均价为 0.74 亿欧元,均出现价格上升。
2.中国光刻机需求量较大,是 ASML 光刻机最大的客户
当前,中国大陆是最大的半导体设备市场,同时也是 ASML 的最大客户之一,2023 年中国大陆营收占 ASML 全部营收比为 29%,2024 年因晶圆厂扩产景气度及超额备货的因素爆发增长至 41%,2025 年 Q1 受出口限制等因素影响,营收占比下滑至 27%。展望未来,后续国内晶圆厂仍将继续扩产,国内对 于光刻机需求仍然旺盛。
四、光刻机发展现状及驱动因素返回搜狐,查看更多