光刻机深度：筚路蓝缕，寻光刻星火-中航证券-2023.9.8-61页_3mb

光刻机深度分析总结

核心内容

光刻工艺是集成电路制造的核心环节，占晶圆制造时间的40%-50%和成本的1/3。随着芯片制程不断微缩，光刻技术在瑞利公式 $CD = k_{1} \lambda / NA$ 的指导下，持续向更短波长、更高数值孔径（NA）和更低工艺因子（$k_1$）发展。目前已实现13.5nm波长的EUV光刻技术，并正向0.55NA迈进。多重曝光技术作为实现制程微缩的重要手段，对光刻机的套刻精度、图形畸变和稳定性提出了更高要求。

主要观点

• 光刻工艺的重要性：光刻技术是芯片制造中不可或缺的一环，尤其在5nm及以下制程中，光刻支出占比高达35%，其重要性日益凸显。
• 光刻技术演进路径：光刻机经历了从接触式/接近式到投影式的发展，其中投影式光刻机通过引入照明系统和物镜系统显著提高了分辨率与生产效率。
• 光刻机的三大核心系统：光刻机由光源系统、光学系统和双工件台系统组成，每个系统均涉及复杂的工艺与技术，是光刻机性能的关键。
• 国内光刻机产业突破：在进口管制背景下，中国正加快光刻机国产化进程，部分零部件已实现突破，如科益虹源在ArF准分子激光器领域打破垄断，华卓精科和清华大学团队在双工件台系统上取得进展。

关键信息

• 光刻机单机价值高：EUV光刻机单台价格约1.8亿欧元，是IC制造第三大设备，但单机价值最大。
• 光刻工艺复杂性：先进芯片制造需要20-30次光刻，每次光刻涉及沉积、涂胶、曝光、显影、刻蚀等多道工序。
• 光刻机的结构：一台高端光刻机由数万个零件构成，涉及精密光学、机械和控制技术，是全球顶尖公司合作的成果。
• 光刻机市场前景：预计2024年全球光刻机市场规模达230亿美元，ASML在高端市场占据主导地位。

光刻机构成

光源系统

• DUV光源：使用准分子激光器，技术由Cymer和Gigaphoton掌握，国内科益虹源已实现193nm ArF准分子激光器的出货。
• EUV光源：通过高功率CO₂激光器轰击锡滴产生，核心组件为高功率激光器，目前由ASML、TRUMPF和ZEISS共同研发。

光学系统

• 照明系统：通过扩束、光束整形和匀化技术优化成像过程，实现分辨率增强。
• 物镜系统：是光刻机的“心脏”，由20-30块镜片组成，关键指标包括面形精度、表面光洁度和反射率，其中ZEISS处于领先地位，国内茂莱光学正在追赶。

双工件台系统

• 双工件台技术：通过同步扫描和步进运动，提高光刻精度与效率，国内华卓精科和清华大学团队在该领域取得进展。
• 技术难点：双工件台需要实现纳米级精度运动，涉及六自由度控制、高精度测量和复杂运动控制技术。

光刻产业趋势

• 光刻需求旺盛：半导体行业持续增长，预计2030年市场规模达1.1万亿美元，光刻工艺的重要性愈加突出。
• 国产替代加速：在出口管制背景下，国内企业正加快光刻机关键零部件的研发与产业化，包括光源、光学和工件台等。
• EUV光刻机优势：相较于多重曝光，EUV光刻机能大幅减少工艺步骤，提高生产效率和良率，是未来制程微缩的关键技术。

建议关注

光刻机零部件

• 福晶科技：提供精密光学元件和晶体，曾间接供应ASML。
• 奥普光电：国内高端光栅编码器龙头，布局超精尺，可用于光刻机。
• 茂莱光学：研发DUV光学透镜，应用于SMEE国产光刻机。
• 福光股份：航天级光学镜头供应商，布局超精密光学加工。
• 华卓精科：双工件台系统供应商，已向SMEE出货。

光刻机周边配套

• 美埃科技：提供洁净室关键设备，如EFU和ULPA，是SMEE和SMIC的供应商。
• 蓝英装备：提供精密清洗解决方案，为ASML和ZEISS提供设备。
• 波长光电：开发平行光源系统，用于国产光刻机配套。

光刻机相关材料

• 华懋科技：提供光刻胶相关材料。
• 彤程新材：研发光刻胶材料。
• 清溢光电：提供光刻机配套材料。
• 龙图光罩：未上市，但涉足光刻机相关材料领域。

风险提示

• 国产光刻机研发及落地不及预期：国内企业在光刻机研发中面临技术挑战。
• 需求疲软：晶圆厂扩产不及预期可能影响光刻机市场需求。
• 竞争加剧：随着光刻机市场的扩大，竞争压力可能加大。
• 出口管制进一步加剧：对光刻设备进口的限制可能影响产业发展。