高端光刻机光源和光学镜头等核心设备被国外垄断，国内企业仍处于追赶阶段

【专题 | 「光刻机」光刻技术_ASML光刻机_国产光刻机_EUV光刻机】

光刻机产业链上游关键部件包括工作台、掩模台、投影物镜、激光器、和传感器等器件，中游产品包括接触式/接近式、扫描投影式、浸没式、极紫外式光刻机，下游主要面向芯片制造、MEMS灯、封装、LED照明、平板显示等领域。目前，光刻机产业链高端领域行业壁垒较高，国内跻身行业前列还需要很长一段时间。
ASML集光刻机领域顶尖技术于一身，国内在部分领域取得一定成果
从光刻机整机差距来看，全球光刻机龙头ASML汇集了光刻机领域上游供应商的顶尖技术，包括来自德国蔡司的光学镜头，来自美国的光源和控制软件，来自中国台湾的特殊复合材料等，此外还获得了下游厂商的巨额投资，ASML在光刻机行业集资金、技术、市场于一体，有力支撑了其在光刻机行业的垄断地位。

图1 ASML产业链格局情况

国内光刻机行业发展较晚，目前在光刻机相关领域技术比较先进的企业有上海微电子、华卓精科、芯源微、屹唐半导体、福晶科技等。从国内光刻机领域最新发展情况来看，上海微电子已成功研发出了90nm的浸没式光刻机，福晶科技研发出了193nm的准分子ArF光源，目前能够制造出Arf光源的仅有美国Cymer、日本Gigaphoton和中国科益虹源这三家企业。上海微电子和福晶科技代表了国内最先进水平，但是和国际顶尖技术还有一定差距，尤其是光刻机行业产业链中最为核心的设备光学镜头和光学光源。光学镜头能够控制光学系统的精密度，光源决定了使用的波长，光刻物镜数值孔径与光源波长决定了光刻机的工艺能力，是光刻机行业壁垒比较突出的技术领域。

表1 国内光刻机相关领先企业

（资料来源：五度易链行业研究中心整理）

高端光刻机领域光学镜头被国外垄断，国内企业奋起直追
高端光刻机含有上万个零部件，高精密光学镜片作为光刻机核心部件之一，其镜头孔径数值的高低决定了光刻机的分辨率和套值误差能力，在光刻机工艺中的重要性不言而喻。当前，仅有三家企业的光学镜头产品能应用于高端光刻机领域，分别为Carl Zeiss、Nikon和Canon。卡尔蔡司在全球高端光学镜头领域处于主导地位，长期为ASML光刻设备提供光学系统，还与ASML合作开发出用于EUV 光刻机的光学镜头，该镜头的数值孔径为0.33，在降低成本和缩短周期方面表现出巨大的优越性。目前国内在光学镜头领域比较领先的当属北京国望光学科技有限公司，公司研发的国内首套90nm节点浸没式投影光刻机曝光光学系统在2016年就已经验收完成并投入使用，目前正在向28nm节点的ArF浸没式光刻曝光光学系统攻关，总体与国外高端光学镜头还有很大的差距。

表2 全球光学镜头领先企业

（资料来源：五度易链行业研究中心整理）

13.5nm的极深紫外光仅掌握在Cymer和Gigaphoton两家手中，国内最新进展为193nm的准分子ArF光源
光源是光刻机另一个核心部件，光源波长决定了光刻机的工艺能力。光刻机光源从最初的普通光源，后来发展到使用193nm波长的DUV激光，然后在跨越多个重要节点之后，发展到现在波长为13.5nm的极深紫外光，每一次光刻机所用光源的改进都提升了光刻机能实现的最小制程节点，促进了光刻机产品的更新换代。

表3 光源类型的发展

（资料来源：五度易链行业研究中心整理）

高性能光刻机需要体积小、功率高和稳定的光   源，目前只有美国厂商Cymer和日本厂商Gigaphoton生产的激光等离子光源（LPP）为主流EUV光源，两家厂商是全球光学光源制造领域的技术领导者。国内光学光源相关领域比较领先的有中国科益虹源和福晶科技。科益虹源自主研发的首台高能准分子激光器，以高质量和低成本的优势，填补了中国在准分子激光技术领域的空白，打破了国外厂家对该技术产品长期市场垄断局面，公司目前已完成6khz、60w光刻机光源的制造，该光源即为现阶段主流ArF光刻机光源。福晶科技公司生产的KBBF晶体属于激光设备的上游关键零部件，凭借KBBF晶体技术，福晶科技公司在该产品领域处于主导地位。

表4 全球光源行业公司对比

（资料来源：五度易链行业研究中心整理）

结语
光刻机是半导体制造业中最为核心的设备，高端光刻机行业壁垒较大，尤其是光刻机核心部件光学光源和光学镜头，目前能应用在高端光刻机的光源和镜头被美德两国垄断，国内上海微电子、科益虹源和国望光学在光刻机领域已取得一定的成果，但与国际先进水平相比还有一定差距。

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