2024 走進“芯”+時代系列深度之八十四“光刻機”：半導(dǎo)體設(shè)備系列報告之光刻機國產(chǎn)路漫其修遠(yuǎn)中國芯上下求索

華金證券電子團隊——走進“芯”時代系列深度之八十四“光刻機”國產(chǎn)路漫其修遠(yuǎn)，中國芯上下求索華金證券HuajinSecurities

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業(yè)——半導(dǎo)體設(shè)備系列報告之光刻機證券研究報告半導(dǎo)體設(shè)備/行業(yè)深度報告領(lǐng)先大市-A(維持)化△江半安白中的土，+機次土矣老2024年07月18日◆光源、數(shù)值孔徑、工藝系數(shù)、機臺四輪驅(qū)動，共促光刻產(chǎn)業(yè)升級。分辨率由光源波長、數(shù)值孔徑、光刻工藝因子決定

.

(1)光源波長(λ)——光源：其他條件不變下，光源波長越短，光刻機分辨率越高。在EUV光源方面：LLP光源較為穩(wěn)定，且

碎屑量較低，適用于大規(guī)模量產(chǎn)。高功率、轉(zhuǎn)換效率為EUV光刻必要條件。液滴Sn靶易于操控，轉(zhuǎn)換效率較高。加入預(yù)脈沖

可以極大提高CE,雙脈沖成為主流。Cymer

與Gigphoton幾乎壟斷全球激光光刻機光源產(chǎn)業(yè)，科益虹源彌補技術(shù)空白。穩(wěn)態(tài)

微聚束(SSMB)為極紫外光的產(chǎn)生提供新方法，有望實現(xiàn)彎道超車；(2)數(shù)值孔徑(NA)——

物鏡：其他條件不變下，數(shù)值

孔徑越大，光刻機分辨率越高。從“雙腰”到“單腰”,引入非球面鏡片改變物鏡結(jié)構(gòu)。折反式使用較少光學(xué)元件實現(xiàn)更

大數(shù)值孔徑并實現(xiàn)場曲矯正。浸沒式光刻提供更大焦深并支持高NA成像。高端光學(xué)元件超精密制造技術(shù)及裝備成為制約高

端裝備制造業(yè)發(fā)展重大短板；(3)工藝系數(shù)——計算光刻技術(shù)：OPC

對掩膜圖形進行預(yù)畸變處理，補償光學(xué)鄰近效應(yīng)誤差。

SMO結(jié)合S0與OPC技術(shù)，提高設(shè)計自由度，擴大工藝窗口。多重圖形技術(shù)

(MPT)中

，LELE主要原理為化繁為簡，SADP,一

次

光刻后相繼使用非光刻工藝實現(xiàn)圖形密度加倍。ILT已知光刻結(jié)果，反推出光源、光掩膜等調(diào)整參數(shù)。國內(nèi)市場被國際巨頭壟斷，東方晶源、宇微光學(xué)填補國內(nèi)空白。(4)雙工作臺系統(tǒng)：精確對準(zhǔn)+光刻機產(chǎn)能的關(guān)鍵?！粜袠I(yè)一超兩強格局穩(wěn)定，新建晶圓廠&產(chǎn)線擴產(chǎn)&下游需求蓬勃發(fā)展拉動光刻機需求。EUV

光刻增速最快，KrF與I-line仍為主

要需求類型，ASML

為EUV光刻機獨家供應(yīng)商。庫存調(diào)整結(jié)束+高性能計算+內(nèi)存需求增加推動晶圓廠設(shè)備支撐復(fù)蘇。全球新建

晶圓廠&產(chǎn)線擴產(chǎn)帶動光刻機需求，其中中國預(yù)計至2024年底建立50座大型晶圓廠。疊加人工智能等技術(shù)發(fā)展，帶動產(chǎn)業(yè)智華金證券HuajinSecurities

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業(yè)核心觀點能化升級，2030年半導(dǎo)王本報告尾部的重要法律聲明2◆師夷長技以制夷，星星之火可燎原。ASML與上下游龍頭公司緊密合作，產(chǎn)學(xué)研深入發(fā)展帶動技術(shù)革新，進而鞏固光刻機絕對龍頭地位；Nikon核心技術(shù)自主可控，以高質(zhì)量產(chǎn)品、高附加服務(wù)為導(dǎo)向，構(gòu)建良性生態(tài)循環(huán)；Canon通過技術(shù)整合賦能

新價值，押注納米壓印光刻。目前，從光刻機核心技術(shù)領(lǐng)域分析，針對準(zhǔn)激光光源，科益虹源主要研發(fā)248nm準(zhǔn)分子激光器

干式193nm準(zhǔn)分子激光器等；福晶科技研發(fā)KBBF晶體；中科院研發(fā)40瓦干式準(zhǔn)激光光源；針對光學(xué)鏡頭，國望光學(xué)研發(fā)90nm

節(jié)點ArF光刻機曝光光學(xué)系統(tǒng)、110nm節(jié)點KrF光刻機曝光光學(xué)系器統(tǒng)，中科科儀研發(fā)直線式勞埃透鏡鍍膜裝置、納米聚焦鏡

鍍膜裝置等。國科精密作為國家科技重大專項02專項支持的唯一高端光學(xué)技術(shù)研發(fā)單位，正在承擔(dān)NA為0.82、NA

為1.35等

多種類型高端IC制造投影光刻機曝光光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化推進工作；華卓精科是上海微電子光刻機工件臺供應(yīng)商，

作為世界上第二家掌握雙工件臺核心技術(shù)的公司，華卓精科成功推出第一臺滿足65nm光刻機需求的雙工件臺樣機，打破

ASML公司在工件臺上技術(shù)壟斷。◆投資建議：光刻機技術(shù)是半導(dǎo)體工藝中的關(guān)鍵，決定了芯片晶體管尺寸大小，直接影響芯片性能和功耗。自美國對中國半導(dǎo)體制裁起，光刻機對國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展及集成電路產(chǎn)業(yè)鏈自主可控重要性日益凸顯。建議關(guān)注光刻機產(chǎn)業(yè)鏈“卡脖子”

環(huán)節(jié)中技術(shù)積累較深或直接/間接進入ASML/上海微電子等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)廠商。如芯碁微裝(直寫光刻)、富創(chuàng)精密(零部

件)、炬光科技(光學(xué)器件)、賽微電子(物鏡)、波長光電(光源)、奧普光電(整機)、騰景科技(光學(xué)器件)、福

晶科技(光源)、茂萊光學(xué)(光源)、電科數(shù)字(計算/控制模塊)、新萊應(yīng)材(零部件)、美?？萍?藍(lán)英裝備(潔凈設(shè)

備)、同飛股份/海立股份(溫控)、東方嘉盛(服務(wù))、上海微電子(整機，未上市)、華卓精科(工件臺，未上市)?！?/p>

風(fēng)險提示：技術(shù)研發(fā)風(fēng)險：宏觀經(jīng)濟和行業(yè)波動風(fēng)險：國際留易摩擦風(fēng)險。

王本報告尾部的重要法律聲明

3華金證券HuajinSecurities

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業(yè)核心觀點光刻：集成電路制造核心環(huán)節(jié)技術(shù)：光源、數(shù)值孔徑、工藝系數(shù)、機臺四輪驅(qū)動，共促

光刻產(chǎn)業(yè)升級市場：一超兩強格局穩(wěn)定，新建晶圓廠+產(chǎn)線擴產(chǎn)拉動需求破局：師夷長技以制夷，星星之火可燎原相關(guān)標(biāo)的 風(fēng)險提示王本報告尾部的重要法律聲明

4目錄

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業(yè)·2.2.3核心技術(shù)

(EUV

光源):LLP光源較為穩(wěn)定，且碎屑量較低，適用于大規(guī)模量產(chǎn)·2

.2

.3核心技術(shù)

(EUV光源):高功率、轉(zhuǎn)換效率為EUV光

刻必要條件·2

.2

.3核心技術(shù)

(EUV

光源):液滴Sn靶易于操控，轉(zhuǎn)換效

率較高·2.1分辨率由光源波長、數(shù)值孔徑、光刻工藝因子決定·2.2光源波長(λ)——光源·2.2.1原理：其他條件不變下，光源波長越短，光刻機分

辨率越高·2.2.2發(fā)展：高壓汞燈光刻光源→深紫外光光源→極紫外

光光源

光刻：集成電路制造核心環(huán)節(jié)·

1.1光刻三劍客：光刻機+光刻膠+光掩膜·

1.2光刻機：通過光源將光掩膜上圖形投射于硅片·

1.3光刻膠：在曝光區(qū)發(fā)生光固化反應(yīng)·1.4光掩膜：圖形轉(zhuǎn)移工具或母版·

1.5集成電路制造流程·

1.6集成電路制造資本開支結(jié)構(gòu)·1.7光刻工藝：各步驟環(huán)環(huán)相扣，光刻機代表產(chǎn)線先進程度

·1.8發(fā)展歷程：投影光刻機為當(dāng)前IC制造主流選擇

技術(shù)：光源、數(shù)值孔徑、工藝系數(shù)、機臺四輪驅(qū)動，共促光刻產(chǎn)業(yè)升級分目錄

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業(yè)王本報告尾部的重要法律聲明5·

2.2.3核心技術(shù)

(EUV光源):加入預(yù)脈沖可以極大提高CE,·2.3.2路徑(投影方式):折反式使用較少光學(xué)元件實現(xiàn)雙脈沖成為主流

更大數(shù)值孔徑并實現(xiàn)場曲矯正·2

.2

.4現(xiàn)狀：Cymer與Gigphoton幾乎壟斷全球激光光刻機·2.3.2路徑(像方介質(zhì)折射率):浸沒式光刻提供更大焦光源產(chǎn)業(yè)，科益虹源彌補技術(shù)空白

深并支持高NA成像·

2.2.5趨勢：輸出功率、脈沖能量整體呈現(xiàn)上升趨勢，光·2.3.3制造：物鏡加工精度確保光線高精度聚焦譜線寬呈現(xiàn)收窄趨勢·

2.3.4現(xiàn)狀：高端光學(xué)元件超精密制造技術(shù)及裝備成為制·2.2.6彎道超車：穩(wěn)態(tài)微聚束(SSMB)為極紫外光的產(chǎn)生提

約高端裝備制造業(yè)發(fā)展重大短板供新方法

·2.4工藝系數(shù)——計算光刻技術(shù)·

2.3數(shù)值孔徑

(NA)——物鏡·

2.4.1光學(xué)鄰近效應(yīng)校正

(OPC):

對掩膜圖形進行預(yù)畸·2.3.1

原理：其他條件不變下，數(shù)值孔徑越大，光刻機分變處理，補償光學(xué)鄰近效應(yīng)誤差辨率越高

·2.4.2光源-掩膜協(xié)同優(yōu)化技術(shù)

(SMO):結(jié)合S0與0PC技·2.3.2路徑(物鏡結(jié)構(gòu)):從“雙腰”到“單腰”,引入術(shù)，提高設(shè)計自由度，擴大工藝窗口非球面鏡片

技術(shù)：光源、數(shù)值孔徑、工藝系數(shù)、機臺四輪驅(qū)動，共促光刻產(chǎn)業(yè)升級分目錄

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業(yè)王本報告尾部的重要法律聲明6

技術(shù)：光源、數(shù)值孔徑、工藝系數(shù)、機臺四輪驅(qū)動，共促光刻產(chǎn)業(yè)升級·2.4.3多重圖形技術(shù)(MPT):LELE,主要原理為化繁·2.4.5現(xiàn)狀：國內(nèi)市場被國際巨頭壟斷，東方晶源、宇為簡

微光學(xué)填補國內(nèi)空白·2.4.3多重圖形技術(shù)(MPT):SADP,

一次光刻后相繼·2.5雙工作臺系統(tǒng)：精確對準(zhǔn)+光刻機產(chǎn)能的關(guān)鍵使用非光刻工藝實現(xiàn)圖形密度加倍

·2.5.1

組成：由掩膜臺系統(tǒng)、硅片臺系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三·2.4.4逆光刻技術(shù)(ILT):已知光刻結(jié)果，反推出光大部分組成源、光掩膜等調(diào)整參數(shù)

·2.5.2功能：負(fù)責(zé)對準(zhǔn)調(diào)平，精密定位，接送硅片·2.5.3難點：快、準(zhǔn)、穩(wěn)

市場：一超兩強格局穩(wěn)定，新建晶圓廠+產(chǎn)線擴產(chǎn)拉動需求·3.4格局：

一超兩強格局穩(wěn)定，ASML

為EUV光刻機獨家供應(yīng)商·

3

.

5出貨：

EUV光刻增速最快，KrF與1-line仍為主要·3.1

光刻機產(chǎn)業(yè)鏈圖譜·3.2光刻機供應(yīng)鏈核心環(huán)節(jié)·

3.3發(fā)展：技術(shù)&成本綜合驅(qū)動光刻機發(fā)展華金證券Huajin

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業(yè)分目錄王本報告尾部的重要法律聲明7

分目錄

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業(yè)

市場：一超兩強格局穩(wěn)定，新建晶圓廠+產(chǎn)線擴產(chǎn)拉動需求·3.6現(xiàn)狀：浸沒式光刻機近乎全部限制出口，上海微電子產(chǎn)品對標(biāo)CANON·

3

.

7需求·3.7.1

經(jīng)濟衰退后出現(xiàn)顯著增長，人工智能有望開啟新周期·

3.7.225年晶圓廠設(shè)備支出有望超1,200億美元·3.7.3全球新建晶圓廠浪潮帶動光刻機需求·3.7.4中國晶圓廠獨占鰲頭，預(yù)計至2024年底建立50座大型晶圓廠·3.7.5全球8寸、12寸晶圓產(chǎn)能有望持續(xù)提升，帶動光刻機需求·3.7.6下游應(yīng)用蓬勃發(fā)展，2030年半導(dǎo)體規(guī)模有望破萬億美元A

破局：師夷長技以制夷，星星之火可燎原·4.1.3EUV:首批EXE平臺光刻機將于23年交與客戶，·

4.1.

1

產(chǎn)

品

迭

代

：EUV+DUV全

面

覆

蓋

市

場

，EUV

負(fù)

責(zé)

超有望于25年量產(chǎn)高

端

市

場

，DUV

負(fù)責(zé)中高端·

4

.

1

.

4研發(fā)與并購：研發(fā)費用逐年增長+收購前沿技·4.1.2

DUV:NXT平臺顯著提升KrF及ArF光刻機生產(chǎn)效率

王本報告尾部的重要法律聲明

8·4.1

ASML:

光刻機行業(yè)絕對霸主，實力遠(yuǎn)超同業(yè)術(shù)公司鞏固技術(shù)壁壘·4.2.2驅(qū)動增長：化繁為簡，少即是多，復(fù)制數(shù)碼相機·4.4國內(nèi)進展：乘風(fēng)破浪會有時，直掛云帆濟滄海成功道路

相關(guān)標(biāo)的·5.1芯碁微裝(直寫光刻):產(chǎn)品矩陣不斷突破，技術(shù)參·

5.2富創(chuàng)精密(零部件):全球位數(shù)不多可供應(yīng)7nm精密

破局：師夷長技以制夷，星星之火可燎原·4.1.5供應(yīng)鏈：全球化供應(yīng)鏈條，供應(yīng)商共計5,000家

·4.2.3技術(shù)：核心技術(shù)自主可控，貢獻長期增長動力·4.1.6生態(tài)：上下游龍頭公司緊密合作，產(chǎn)學(xué)研深入發(fā)·4.3Canon:技術(shù)整合賦能新價值，押注納米壓印光刻展帶動技術(shù)革新·4.2

Nikon:核心技術(shù)自主可控，產(chǎn)品服務(wù)導(dǎo)向構(gòu)建良性生態(tài)循環(huán)·

4.2.1戰(zhàn)略：以高質(zhì)量與高附加值服務(wù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建良性生態(tài)循環(huán)·4.3.1產(chǎn)品：芯片小型化與多樣化對設(shè)備提出進一步要求·4.3.2優(yōu)勢：多領(lǐng)域核心技術(shù)構(gòu)筑強大競爭實力·

4.3.3技術(shù)：納米壓印較EUV技術(shù)功耗降低90%,性價比

優(yōu)勢凸顯華金證券Huajin

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業(yè)分目錄王本報告尾部的重要法律聲明

9數(shù)行業(yè)領(lǐng)先·5.4賽微電子(物鏡):可生產(chǎn)光刻機透鏡系統(tǒng)和MEMS器件·5.5波長光電：已具備提供光刻機配套的大孔徑光學(xué)鏡頭能力·5.6奧普光電(整機):光機裝調(diào)技術(shù)水平在多應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)

域處于國內(nèi)領(lǐng)先水平·5.7騰景科技(光學(xué)器件):合分束器項目處于樣品試制階

段電子供應(yīng)鏈·

5.10上海微電子(整機):保留光刻革命火種，靜待28nm光刻

機王者歸來·5.11華卓精科(工件臺):國內(nèi)首家自主研發(fā)并商業(yè)化的

雙工件臺廠商·

5.3炬光科技(光學(xué)器件):相關(guān)光場勻化器產(chǎn)品為頂級光學(xué)公司供應(yīng)·5.8福晶科技(光源):全球非線性光學(xué)晶體龍頭廠商·5.9茂萊光學(xué)：精密光學(xué)領(lǐng)域稀缺性標(biāo)的，產(chǎn)品進入上海微

相關(guān)標(biāo)的華金證券HuajinSecurities

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業(yè)分目錄王本報告尾部的重要法律聲明風(fēng)險提示10市場：一超兩強格局穩(wěn)定，新建晶圓廠+產(chǎn)線擴產(chǎn)拉動需求破局：師夷長技以制夷，星星之火可燎原相關(guān)標(biāo)的風(fēng)險提示

王本報告尾部的重要法律聲明

11

光刻：集成電路制造核心環(huán)節(jié)·1.1光刻三劍客：光刻機+光刻膠+光掩膜

·

1

.5集成電路制造流程·1.2光刻機：通過光源將光掩膜上圖形投射于硅片·

1.6光刻工藝：8個步驟，光刻機代表產(chǎn)線先進程度·1.3光刻膠：在曝光區(qū)發(fā)生光固化反應(yīng)

·

1.7分類：無掩膜光刻機與有掩膜光刻·

1.4光掩膜：圖形轉(zhuǎn)移工具或母版·

1.8光刻機發(fā)展歷程

技術(shù)：光源、數(shù)值孔徑、工藝系數(shù)、機臺四輪驅(qū)動，共促光刻產(chǎn)業(yè)升級華金證券HuajinSecurities

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業(yè)分目錄◆光刻工藝是指集成電路制造中利用光學(xué)-化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)、物理刻蝕方法，將電路圖形傳遞到單晶表面或介質(zhì)層上，形

成有效圖形窗口或功能圖形的工藝技術(shù)?！艄饪坦に嚳梢岳斫鉃槭褂霉饪碳夹g(shù)進行某一類加工的一種工藝；而光刻技術(shù)是則指在光照作用下，借助光致抗蝕劑(即：

光刻膠)將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到基片上的技術(shù)。典型的光刻工藝流程包括襯底制備、涂膠、前烘、曝光、顯影、堅膜

腐蝕、去膠等。在光刻中主要使用工具及材料為光掩膜、光刻機及光刻膠。資料來源：路維光電招股說明書，ASML官網(wǎng).

王本報告尾部的重要法律聲明

121.1

光刻三劍客：光刻機+光刻膠+光掩膜路維光電掩膜版

TWINSCAN

EXE:5000

南大光電光刻膠內(nèi)部封閉框架掩膜版

掩膜臺能量控制器物鏡測量設(shè)備激光器曝光臺王本報告尾部的重要法律聲明

13◆光刻機：類似納米級打印機，通過光源將光掩膜上圖形母版投射在硅片上?！艄ぷ髟恚豪霉饪虣C發(fā)出的光通過具有圖形的光置對涂有光刻膠的硅片曝光，光刻膠見光后會發(fā)生性質(zhì)變化，從而使光

置上得圖形復(fù)印到硅片上，從而使硅片具有電子線路圖的作用。這就是光刻的作用，類似照相機照相。照相機拍攝的照片

是印在底片上，而光刻機刻的不是照片，是電路圖和其他電子元件。1.2光刻機：通過光源將光掩膜上圖形投射于硅片i華

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業(yè)光束形狀設(shè)置

遮光器資料來源：電子發(fā)燒友、數(shù)字化企業(yè)、光束矯正器

(共三個)測量臺光刻機工作原理圖硅片華

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業(yè)◆光刻膠：又稱光致抗蝕劑，組分主要包括成膜樹脂、感光組分、微量添加劑和溶劑。其中成膜樹脂用于提供機械性能和抗

刻蝕能力；感光組分在光照下發(fā)生化學(xué)變化，引起溶解速度的改變；微量添加劑包括染料、增黏劑等，用以改善光刻膠性

能；溶劑用于溶解各組分，使之均勻混合。◆原理：將光刻膠涂布在襯底，通過前烘去除其中溶劑；其次，透過掩膜版進行曝光，使曝光部分感光組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，再進行曝光后烘烤；最后通過顯影將光刻膠部分溶解(對于正性光刻膠，曝光趨于被溶解；對于負(fù)性光刻膠，未曝光區(qū)域

被溶解),從而實現(xiàn)圖形從掩膜版到襯底片之間轉(zhuǎn)移。銅箔絕緣性板涂布光致抗蝕劑層曝光，陰圖底版顯影光固化抗

蝕劑膜腐蝕|日1.3光刻膠：在曝光區(qū)發(fā)生光固化反應(yīng)

iHuaj華資料來源：《集成電路產(chǎn)業(yè)全書(王A

陰圖底版光刻膠工作原理圖

光刻膠成像制版過程王本報告尾部的重要法律聲明(c)影、堅模(a)

涂膠，前烘(b)光光刻膠膜印

刷

基

板掩模版14分類優(yōu)點缺點接觸式光

掩膜真空接觸圖形接觸式轉(zhuǎn)移可保證成

像過程的復(fù)制質(zhì)量，避免

引人放大率光學(xué)誤差，在

特定應(yīng)用范圍內(nèi)具有優(yōu)勢由于直接接觸，光刻膠

會污染掩膜版，造成磨

損累積缺陷，影響掩膜

版的使用壽命相較于接觸式光刻和接近式光刻技術(shù)，投影式光刻技術(shù)更加先進，通過投影的原理能夠在健用相同尺于

掩模掩膜版的情況下額得更小比例的圖像，從而實現(xiàn)更精細(xì)的成像。掩模接近接觸式光刻軟接觸硬接觸投影光掩

膜勻膠鉻版光掩膜通過帶有棱鏡系統(tǒng)的微影

光刻機投影曝光，將光掩

膜圖形移轉(zhuǎn)到圓片上，避

免光刻膠與掩膜版直接接

觸導(dǎo)致污染，且具有高耐

久性、高分辨率及易清潔

處理小十N.A.移相光掩膜不透光鉬光掩膜極紫外光掩膜◆掩膜版又稱光罩、光掩膜等，是微電子制造過程中圖形轉(zhuǎn)移工具或母版，用于下游電子元器件行業(yè)批量復(fù)制生產(chǎn)。掩膜版

在生產(chǎn)中起到承上啟下的關(guān)鍵作用，是產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。光掩膜可分為接觸式光掩膜(真空接觸、軟接觸及硬接觸)及投影光掩膜(勻膠鉻版光掩膜、移相光掩膜、不透光鉬光掩膜及極紫外光掩膜)。

資料來源：《集成電路產(chǎn)業(yè)全書(王A

本報告尾部的重要法律聲明

151.4光掩膜：圖形轉(zhuǎn)移工具或母版華金證卷HuajinSecurities

華

發(fā)

集

團

旗

下

企

業(yè)接近/接觸式光刻以及投影式光刻示意圖光掩膜分類刻膠

基片設(shè)

計

IC設(shè)計制

造(前道工藝)擴散薄膜沉積

光刻

刻蝕離子注入CMP

金屬化測試進行清洗、檢測并重復(fù)若干次封

測(后道工藝)晶圓切割貼片

引線鍵合模塑

切筋/成型

終測王本報告尾部的重要法律聲明

16背面減薄資料來源：中為咨詢、華金證券研究反1.5集成電路制造流程華金證券Huajin

Securities

華

發(fā)

集

團

旗

下

企

業(yè)倒角拉單晶磨削減薄硅片制造磨外圓設(shè)計：2%-7%土建設(shè)施：30%-40%潔凈室分工：50%-70%硅片制造：1%-5%芯片制造：75%-80%硅片制造：15%-20%機電系統(tǒng)：25%-35%潔凈室系統(tǒng)：25%-35%長晶&切磨拋設(shè)備：2%

薄膜沉積設(shè)備：20%光刻設(shè)備：20%刻蝕/去膠設(shè)備：20%

工藝控制設(shè)備：11%

清洗/CMP設(shè)備：8%退火/擴散/注入設(shè)備：5%

其他加工設(shè)備：8%封裝設(shè)備：40%-45%P&

測試設(shè)備：55%-60%王本報告尾部的重要法律聲明

17集成電路制造產(chǎn)線設(shè)備投資中，設(shè)備投資占比約為70%

-80%,在設(shè)備投資中芯片制造設(shè)備占

比

為75%-80%,光刻機占制造設(shè)備投資光刻機占產(chǎn)線投資10.5%-12.8%廠房建設(shè)

20%-30%設(shè)備投資

70%-80%1.6集成電路制造資本開支結(jié)構(gòu)20%,故資料來源：Gartner,屹唐股份招股說華

發(fā)

集

團

旗

下

企

業(yè)◆軟烘：通過烘烤提高光刻膠與硅片黏附性及光刻膠厚度均勻性，利于后續(xù)刻蝕工藝幾何尺寸精密控制。◆對準(zhǔn)與曝光：將掩膜版圖形與硅片已有對準(zhǔn)，用特定光照射，激活光刻膠中光敏成分，從而將掩膜版圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠。◆曝光后烘：通過加熱讓光刻膠中光化學(xué)反應(yīng)充分完成，彌補曝光強度不足

問題，并減少光刻膠顯影后因駐波效應(yīng)產(chǎn)生紋路?！麸@影與沖洗：將曝光光刻膠溶解清除，市光掩膜圖形浮現(xiàn)在光刻膠?！魣阅ぃ簩@影后的光刻膠中剩余溶劑、顯影液、水及其他不必要殘留成分

通過加熱蒸發(fā)去除，提高光刻膠與硅襯底黏附性及光刻膠抗刻蝕能力。◆顯影檢測：即檢查顯影后光刻膠圖形缺陷。利用圖像識別技術(shù)，自動掃描1.7光刻工藝：各步驟環(huán)環(huán)相扣，光刻機代表產(chǎn)線先進程度

華Huaj金inS

i券ties顯影后芯片圖形，與預(yù)存無缺陷標(biāo)準(zhǔn)圖形進行比對，若發(fā)現(xiàn)有不同之處，資料來源：《集成電路產(chǎn)業(yè)全書(王A

◆底膜準(zhǔn)備：主要是清洗和脫水。污染物會減弱光刻膠與硅片之間附著力，

徹底的清洗可以提升硅片與光刻膠之間黏附性?！粜D(zhuǎn)涂膠：通過旋轉(zhuǎn)硅片方式實現(xiàn)。不同光刻膠要求不同涂膠工藝參數(shù)，

包括旋轉(zhuǎn)速度、膠厚度和溫度等。軟烘uv對準(zhǔn)與曝光旋轉(zhuǎn)涂膠曝光后烘底膜準(zhǔn)備顯影顯影檢測王本報告尾部的重要法律聲明

18就視為存在缺陷。華

發(fā)

集

團

旗

下

企業(yè)光刻工藝流程華發(fā)

集

團

旗

下

企

業(yè)◆

光

刻

工

藝

決

定

著

芯

片

的

最

小

特

征

尺

寸

，

包

括

清

洗

、

表

面

處

理

、

旋

涂

、

前

烘

、對準(zhǔn)和曝光、后烘、顯影等數(shù)個流程?！?/p>

根

據(jù)DRAMeXchange

數(shù)據(jù)，光刻工藝約占芯片制造成本的30%,約占芯片制造總耗時的40%-50%。1.7光刻工藝：各步驟環(huán)環(huán)相扣，光刻機代表產(chǎn)線先進程度WaferDSHotPlate檢測

>通過摻雜清洗

表面處理后烘不合格刻蝕2、表面處理王本報告尾部的重要法律聲明

19作用：去除多余水分、形成HMDS涂層增強光刻膠黏性作用：清除污染物，提升

光刻膠附著力華金證券HuajinSecurities冷卻

USGP-Well資料來源：Mittuniversitetet,DRAMeXchan前烘曝光后烘烤HMDS

(六甲基二硅氮烷)涂層旋涂顯影光刻工藝流程圖形

成

HMDS

涂層烘烤去

除水分對準(zhǔn)&

曝光化學(xué)清洗去除

光刻

膠1、清洗HMDS涂

層1.7光刻工藝：各步驟環(huán)環(huán)相扣，光刻機代表產(chǎn)線先進程度

i華

發(fā)

集

團

旗

下

企

業(yè)Huaj華~10

μmWafer方式三：投影式曝光SynchronizedmaskandwaferN-SilicconLightSourcdLensMaskLensPho

esistWafer方式一：接觸式對準(zhǔn)曝光UVLightWafer

N-Silicon方式二：接近式對準(zhǔn)曝光~10

μm

UVLightChuck

Mask=ChuckSpindle

WaferPhotoresist一Photoresist方式三：微波加熱Light

SourcePhotoresis

LensesLight

SourceLensesMaskPhotoresistLightSourcLenses方式一：化學(xué)去除WaferChuck

ndleWaferChuckndle方式一：傳送至已加熱的盤He方式二：對流加熱爐(多片)6、對準(zhǔn)曝光作用：將掩膜版上的圖案轉(zhuǎn)移至光刻膠上四種方式：接觸式、接近式、投影式、步進式方式二：光照去除Photoresis

Mask4、邊緣料去除

(EBR)作用：去除邊緣料方式：化學(xué)去除/光照去除3、旋涂作用：將光刻膠均勻涂

布整個晶圓5、前烘作用：去除溶劑；減少薄

膜應(yīng)力提高光刻膠粘附性WaferChuckmedphotoresistWafer旋涂裝置示意圖

光刻膠

晶圓MaskMask光刻膠分配器噴嘴晶圓光刻膠分配器噴嘴

晶圓吸

源資料來源：Mittuniversitetet,

華金證券研王本報告尾部的重要法律聲明

20化

學(xué)

試劑Solv防水套管吸盤邊緣料去除光刻膠回吸真空泵真空泵真空泵主

軸吸

盤主

軸排

料

口排氣口盤EdgePRremovedSlit=====-=====華

發(fā)

集

團

旗

下

企

業(yè)9、后烘/堅膜作用：去除所有溶劑，提高光刻膠

附著力，堅膜以提高光刻膠在離子注入或刻蝕中保護下表面的能力，

減少缺陷如填充針孔加熱使光刻膠成熔融態(tài)，進

而流動減少缺陷PR

PRSubstrateSubstrate過度加熱則會影響分辨率PRSubstratePROverexposureUnderexposure1.7光刻工藝：各步驟環(huán)環(huán)相扣，光刻機代表產(chǎn)線先進程度旋轉(zhuǎn)

均勻

厚度ChuckWafer方式四：步進式曝光

作用：平滑側(cè)壁，減少駐波效應(yīng)的影響；對DUV光刻膠，還可提高感

光材料所需能量Watslee

veChuckDrain6、對準(zhǔn)曝光Substrate王本報告尾部的重要法律聲明

21作用：顯現(xiàn)光刻膠層圖形去：離子水

顯影液：TMHZ用沖洗劑8、顯影7、曝光后烘烤華金證券HuajinSecurities烘烤方式與前烘相同資料來源：Mittuniversitetet,華金證券研二甲苯用乙酸正丁酯負(fù)膠用二甲苯Vac顯影液涂布

影液顯影裝置示意圖asericle正

膠

用TMAH((CH3)4NOH)Interferometer

Laser顯影

完成ProjectionLensReticleStage-沖洗ReferenceMarkWaferStageInte

erLight

SotWaferWafer有掩膜光刻接觸式光刻接近式光刻無掩膜光刻資料來源：《集成電路產(chǎn)業(yè)全書(王A多電子束光刻王本報告尾部的重要法律聲明

22離子束直寫1.8發(fā)展歷程：投影光刻機為當(dāng)前IC制造主流選擇1倍深紫外掃描機4倍步

進掃描光刻機1倍寬帶掃描機

10倍

5倍步進重復(fù)光刻機193nm浸沒式多曝光偏振成像計算光刻

一體化光刻真空極紫外光刻一體化光刻EUV,NA>0.5微壓印定向組裝

DSA折射率高于水的液體浸沒光刻NA>1.35光學(xué)無掩膜光刻光學(xué)投影光刻電子束直寫浸沒式

光刻機X射線曝光機光刻機有掩膜光刻機掩膜版與機臺距離其特點是靈活性高，可柔性制作集成電路。但生產(chǎn)效率很低，一

般

用

于

集

成

電

路

器

件

原

型

的研制驗證制作、光刻掩膜版的制作等。無掩膜光刻機輻射源不同i利用計算機輸入的地址

和圖形數(shù)據(jù)，控制聚焦

電子束在涂敷有電子束

光刻膠的襯底上直寫曝

光

。該技術(shù)最細(xì)線條光

刻圖案可達(dá)到2nm。離子的質(zhì)量要遠(yuǎn)大于電

子，它能有效地避免電

子束散射的問題離子束光刻能獲得比電子束光

刻更高的分辨率，其

最

小的分辨率能過到5nm調(diào)整掩膜版和襯底相對位置和角度實現(xiàn)對準(zhǔn)曝光的曝光方式。其理論分辨率可達(dá)到0.5um,

但由于掩膜版和襯底接觸，沾污嚴(yán)重，因此工業(yè)生產(chǎn)中一般只在3um

以上的情況下采用此方式。目前在

研發(fā)領(lǐng)域仍然有大規(guī)模的應(yīng)用，在工業(yè)領(lǐng)域則集中在LED

、

MEMS和先進封裝等不需要高分辨率的領(lǐng)域。近場菲涅爾衍射成像

遠(yuǎn)場傅里葉t光學(xué)成像接觸式光刻機

接近式光刻機投影光刻機1.8發(fā)展歷程：投影光刻機為當(dāng)前IC制造主流選擇投影式

光

刻通過光學(xué)投影成像系統(tǒng)，將中間

掩膜版圖形按照所需要的倍率縮

小，通過縮小透鏡在涂有光刻膠

的襯底表面曝光成像。該類曝光技術(shù)是目前IC生產(chǎn)領(lǐng)域的主流。華

發(fā)

集

團

旗

下

企業(yè)利用掩膜來遮擋和透射光線，

通過聚焦和投射光源在光敏材

料上形成圖案。掩膜光刻機具有成熟技術(shù)和廣泛應(yīng)用領(lǐng)域，

是芯片制造行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)備。ens

2掩

模

版stage

光刻膠襯底一激光直寫光刻利用聚焦激光束直接在涂覆

有光刻膠的襯底上描繪圖形

的光刻技術(shù)，通常采用旋轉(zhuǎn)

反射鏡陣列來實現(xiàn)大量激光束同時掃描的功能，分辨率光源通鏡透

鏡華金證券HuajinSecurities王本報告尾部的重要法律聲明

23onsourceXureapertuembly資料來源：《集成電路產(chǎn)業(yè)全書(王陽元)》離子束直寫光刻機激光直寫光

刻機電子束直寫

光刻機接觸式光刻接近式光刻Beamlblar村底-光制膠光源掩膜與晶圓比例可大于1:1隨著晶圓尺寸的不斷增大，1:1的曝光比例對透鏡

尺寸、折射率和均勻性提出更高要求。步進重復(fù)式

光刻機解決了這一難題，曝光區(qū)域從整個晶圓變?yōu)?/p>

一塊矩形區(qū)域，實現(xiàn)了掩膜與晶圓比例可大于1:1。精度與均勻性的完美結(jié)合通過反向掃描完成一個Die

的曝光過程，而步進運

動則通過步進器將硅片臺的曝光位置從一個Die

移

動到下一個Die。

這一方案進一步縮小曝光區(qū)域，

降低了光學(xué)復(fù)雜度，提高了精度和均勻性。-------LaserFixedexposure

slitmaskProjection

lenswaferLaserMaskSize=5Projection

lens

=1waferM實現(xiàn)1:1曝光掃描投影式光刻采用一倍掩膜版，實現(xiàn)了掩膜圖

形與晶圓尺寸1:1的曝光比例。光源固定，而掩膜

和晶圓同時向相反方向移動，完成了一次高效的

光刻過程。1.8發(fā)展歷程：投影光刻機為當(dāng)前IC制造主流選擇掃描投影式光刻

步進重復(fù)式光刻機

步進掃描式光刻機不適用掩膜版，而是使用光罩因為光罩包含與

一個或多個芯片相對應(yīng)的單個曝

光場中的圖案，而掩膜版包含所有芯片陣列華金證券HuajinSecurities

華

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旗

下

企

業(yè)Lens

field十maskwaferDie

Scan俯視圖Scan

dire

ctionwafer王本報告尾部的重要法律聲明24資料來源：半導(dǎo)體與物理、華金證券投影光刻機Step

direction

YStep

directionXProjection

lensDie·

2.1

分辨率由光源波長、數(shù)值孔徑、光刻工藝因子決定·2.3.3制造：光刻機所用波長越短，對物鏡加工精度要求就越高·2.2光源波長(λ)——光源·

2.3.4現(xiàn)狀：高端光學(xué)元件超精密制造技術(shù)及裝備成為制約高端裝備制造業(yè)發(fā)展重大·

2.2.1原理：其他條件不變下，光源波長越短，光刻機分辨率越高

短板·

2.2.2發(fā)展：高壓汞燈光刻光源→深紫外光光源→極紫外光光源·

2.4工藝系數(shù)——計算光刻技術(shù)·

2.2.3核心技術(shù)(EUV

光源):LLP光源較為穩(wěn)定，且碎屑量較低，適用于大規(guī)模量產(chǎn)

·

2.4.1

光學(xué)鄰近效應(yīng)校正(0PC):

對掩膜圖形進行預(yù)畸變處理，補償光學(xué)鄰近效應(yīng)誤·2.2.3核心技術(shù)(EUV光源):高功率、轉(zhuǎn)換效率為EUV光刻必要條件

差·

2.2.3核心技術(shù)(EUV

光源):液滴Sn靶易于操控，轉(zhuǎn)換效率較高·2.4.2光源-掩膜協(xié)同優(yōu)化技術(shù)(SMO):

結(jié)合S0與0PC技術(shù)，提高設(shè)計自由度，擴大工

2.2.3核心技術(shù)

(EUV光源):加入預(yù)脈沖可以極大提高CE,雙脈沖成為主流

藝窗口白·2.4.3多重圖形技術(shù)(MPT):SADP,

一次光刻后相繼使用非光刻工藝實現(xiàn)圖形密度加

2.2.5趨勢：輸出功率、脈沖能量整體呈現(xiàn)上升趨勢，光譜線寬呈現(xiàn)收窄趨勢

倍2.3數(shù)值孔徑(NA)——物鏡

·

2.4.5現(xiàn)狀：國內(nèi)市場被國際巨頭壟斷，東方晶源、宇微光學(xué)填補國內(nèi)空白·

2.3.1

原理：其他條件不變下，數(shù)值孔徑越大，光刻機分辨率越高

·

2.5雙工作臺系統(tǒng)：精確對準(zhǔn)+光刻機產(chǎn)能的關(guān)鍵·

2.3.2路徑(物鏡結(jié)構(gòu)):從“雙腰”到“單腰”,引入非球面鏡片

·

2.5.1組成：由掩膜臺系統(tǒng)、硅片臺系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成·

2.3.2路徑(投影方式):折反式使用較少光學(xué)元件實現(xiàn)更大數(shù)值孔徑并實現(xiàn)場曲矯正

·

2.5.2功能：負(fù)責(zé)對準(zhǔn)調(diào)平，精密定位，接送硅片·

2

.

3

.

2

路

徑

(

像

方

介

質(zhì)

折

射

率

)

:····光刻：集成電路制造核心環(huán)節(jié)技術(shù)：光源、數(shù)值孔徑、工藝系數(shù)、機臺四輪驅(qū)動，共促光刻產(chǎn)業(yè)升級2.2.6彎道超車：穩(wěn)態(tài)微聚束(SSMB)為極紫外光的產(chǎn)生提供新方法

·

2.4.4逆光刻技術(shù)(ILT):

已知光刻結(jié)果，反推出光源、光掩膜等調(diào)整參數(shù)2

.2.4現(xiàn)狀：Cymer與Gigphoton幾乎壟斷全球激光光刻機光源產(chǎn)業(yè)，科益虹源彌補技術(shù)空

·

2.4.3多重圖形技術(shù)(MPT):LELE,

主要原理為化繁為簡華

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企

業(yè)分目錄◆分辨率：指光刻機能夠?qū)⒀谀ぐ骐娐穲D形在襯底面光刻膠上轉(zhuǎn)印的最小極限特征尺寸。通常，分辨率用該極限電路圖形半節(jié)距表示?！羧鹄麥?zhǔn)則：理想的成像系統(tǒng)，

一個點所成像是一個完美點，但實際光學(xué)系統(tǒng)中透鏡具有一定的孔徑大小，由此導(dǎo)致所成像不是一個

點，而為一個艾里斑(中心是一塊明亮區(qū)域，周圍是一系列亮度不斷降低的同心圓環(huán))。對于兩個距離較近的點，所成光斑距離同

樣較近。能夠區(qū)分兩個光斑的最小距離，即分辨率。當(dāng)一個艾里斑中心與另一個艾里斑第一極小值重合時，達(dá)到極限點，該極限被稱為瑞利準(zhǔn)則。Tibelnn

sina

0pd

投

物徑鏡

方

Pailt

sovu

t

thadon資料來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察，Semi

Co

方介質(zhì)折射率投影物鏡系統(tǒng)像與光刻機工藝相關(guān)系數(shù)光源波長R

物鏡數(shù)值孔徑ThAiy

DukindPoinSpmdFuncton分辨率由光源波長、數(shù)值孔徑、光刻工藝因子決定

分辨率極限示意圖

Anypu2.1分辨率由光源波長、數(shù)值孔徑、光刻工藝因子決定華金證券Huajin

Securities華

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業(yè)

王本報告尾部的重要法律聲明26The

Rayleigh

Criterion◆孔徑角與透鏡有效直徑成正比，與焦距成反比?？讖浇怯址Q“鏡口角”,是透鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡有效直徑所

形成角度?？讖浇窃酱?，進入透鏡光通量就越大，它與透鏡有效直徑成正比，與焦點距離成反比?！粼龃髷?shù)值孔徑、縮短波長、減小光刻工藝因子可提高分辨率。根據(jù)瑞利準(zhǔn)則光刻機分辨率由光源波長、數(shù)值孔徑、光刻工藝因子決定。因此可以從以下三方面提高分辨率：1)增大投影光刻物鏡的數(shù)值孔徑；2)縮短曝光波長；3)減小光刻工藝

因子。2.1分辨率由光源波長、數(shù)值孔徑、光刻工藝因子決定ObjectiveApertureAngleSpecimenPlaneCondenser

(b)高數(shù)值孔徑投影ObjectiveSpecimenPlaneIncidentIIlumination—(a)孔徑角示意圖與分辨率相關(guān)的參數(shù)變化趨勢華金證券HuajinSecurities

華發(fā)

集

團

旗

下

企

業(yè)ObjectiveCondenser2a王本報告尾部的重要法律聲明

27Condense

Aperture

AngleObjective

perture

Angle◆光源是光刻機核心系統(tǒng)之一，光刻機工藝能力首先取決于其光源波長。最早兩代光刻機采用汞燈產(chǎn)生

波長436nmg-line和365nmi-line作為光刻光源，可以滿足800-250nm制程芯片生產(chǎn)。第三代光刻機采用248nm的KrF準(zhǔn)分子激光作為光源，將最小工藝節(jié)點提升至180-130nm。第四代光刻機的光源采用

193nm

準(zhǔn)分子激光，將制程提升至130-65nm的水平(通過浸沒式技術(shù)、雙圖形技術(shù)、多圖形等先進技術(shù)，

193nm

ArF準(zhǔn)分子激光可應(yīng)用于光刻10nm節(jié)點量產(chǎn))。第五代光刻機技術(shù)，采用波長為13.5nm的極紫外光作為曝光光源。λ(nm)紫外光講EUV

VUV

DUV50

100

150

200

25013

126157193248準(zhǔn)分子激光

汞燈可見光譜紫

藍(lán)

綠光源波長對應(yīng)設(shè)備最小工藝節(jié)點說明第一代UVg-line436nm接觸式光刻機800-250nm易受污染，掩模版壽命短黃

橙

紅接近式光刻機800-250nm成像精度不高第二代i-line365nm接觸式光刻機800-250nm易受污染，掩模版壽命短接近式光刻機800-250nm成像精度不高550

600650700第三代DUVKrF248nm掃描投影式光刻

機180-130nm采用投影式光刻機，增加

掩模版壽命第四代ArF193nm步進掃描投影式

光刻機130-65nm最具代表性的一代光刻機，但仍面45nm制程下的分

辨率問題浸沒式不僅掃描

投影式光刻機45-22nm第五代EUVEUV13.5nm極紫外光刻機22-7nm成本過高，技術(shù)突破困難2.2光源波長(λ)——光源2.2.1

原理：其他條件不變下，光源波長越短，光刻機分辨率越高光譜圖

光刻機光源波長發(fā)展歷程華金證券HuajinSecurities

華

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集

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下

企

業(yè)光刻光源資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、光機電產(chǎn)王本報告尾部的重要法律聲明

28400

450

500405436

hg300

350Mid-UV365反射鏡1耦合光組變焦光組

光刻物鏡反射鏡2

復(fù)眼透鏡V◆高壓汞燈：放電管內(nèi)充氬氣(用于啟動)與汞(用于放電),汞蒸氣被能量激發(fā)，汞原子最外層電子受激發(fā)躍遷，落回后釋放光子?！?/p>

深紫外光光源：一般采用準(zhǔn)分子激光器作為光源，工作氣體受到放電激

勵，在激發(fā)態(tài)形成短暫存在“準(zhǔn)分子”,準(zhǔn)分子受激輻射躍遷，形成紫

外激光輸出。◆極紫外光激光：

EUV

光源由光的產(chǎn)生、光的收集、光譜的純化與均勻化

三大單元組成。相關(guān)的工作元器件主要包括大功率CO?激光器、多層涂

層鏡、負(fù)載、光收集器、掩膜版、投影光學(xué)系(Xe

或Sn)

形成等離子體，

等離子利用多層膜反射鏡多次反射凈化能譜，獲得13.5nm的EUV

光。橢球面反射鏡準(zhǔn)直透鏡掩模面高壓汞燈濾光鏡2.2光源波長(λ)——光源2.2.2發(fā)展：高壓汞燈光刻光源→深紫外光光源→極紫外光光源掩模板王本報告尾部的重要法律聲明

29華金證券Huajin

Securities

華

發(fā)

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業(yè)EUV光源系統(tǒng)的組成

紫外激光器照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖高壓汞燈光刻光源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖準(zhǔn)分子

激光器聚光透鏡復(fù)眼透鏡柱面鏡快門硅

片方案原理優(yōu)點缺點是否可實現(xiàn)工業(yè)化

EUV光刻機生產(chǎn)方案同步輻射源高速帶電粒子在磁場左右下發(fā)射電磁波，可利

用這一特性產(chǎn)生EUV光?？僧a(chǎn)生高功率EUV光，且對光學(xué)原件無碎

屑污染，并長時間穩(wěn)定地輸出EUV光。裝置構(gòu)造過于復(fù)雜和龐大，造價過于昂貴，不適合大批量生產(chǎn)。X激光等離子體(LPP)以高強度的脈沖激光為驅(qū)動能源照射靶材，使

靶材產(chǎn)生高溫等離子體并輻射EUV光。因沒有損傷電極的困擾而較大地消減了

裝置熱負(fù)荷，產(chǎn)生光源較為穩(wěn)定。EUV光產(chǎn)生過程中伴隨著大量光

學(xué)碎屑，但碎屑量低于DPP。√放電等離子體(DPP)將靶材涂覆在陽極和陰極之間，兩個電極在高

壓下產(chǎn)生強烈放電使靶材產(chǎn)生等離子體。由于Z

箍縮效應(yīng)，當(dāng)洛倫茲力收縮等離子體時，等離

子體被加熱，產(chǎn)生EUV光?？赏ㄟ^增大放電電流功率提高EUV光輸出

功率。EUV光產(chǎn)生過程中伴隨著大量光

學(xué)碎屑，嚴(yán)重?fù)p壞光學(xué)收集系

統(tǒng)；很難維持長時間的穩(wěn)定工

作狀態(tài)?！碳す廨o助放電等離子體(LDP)將LPP與DPP結(jié)合起來，先用脈沖激光照射靶材，

使靶材細(xì)化，再運用DPP技術(shù)放電使靶材產(chǎn)生可通過增大放電電流功率提高EUV光輸出

功率。很難維持長時間的穩(wěn)定工作狀

態(tài)?！蘀UV光?！?/p>

鑒于LPP諸多優(yōu)點，現(xiàn)用于大規(guī)模生產(chǎn)方案多以LPP為主。同步輻射源優(yōu)點是可以產(chǎn)生高功率EUV光，且對光學(xué)原件無碎屑污染，故可長時間穩(wěn)定輸出EUV光。但過于復(fù)雜和龐大裝置構(gòu)造以及高昂造價等都表明同步輻射源并不適用于大規(guī)模生產(chǎn)。LPP、DPP

和LDP都是通過高能量束使靶材產(chǎn)生較高的溫升，從而產(chǎn)生高溫、高密度的等離子體并發(fā)射EUV光。雖然形成方法有所差異，但卻可以使用相同靶材。LPP以高功率激光輻射靶材，相較于DPP與LDP方案，因沒有損傷電極困擾而較大地消減裝置熱負(fù)荷，產(chǎn)生光源較為穩(wěn)定，

且LPP所產(chǎn)生碎屑量低于DPP。2.2光源波長(λ)——光源2.2.3核心技術(shù)

(EUV光源):LLP光源較為穩(wěn)定，且碎屑量較低，適用于大規(guī)模量產(chǎn)華金證券HuajinSecurities華

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業(yè)同步輻射源、LPP、DPP、LDP

原理和比較本報告尾部的重要法律聲明

30資料來源：《激光等離子體13.5nm極等EUV

far-fieldintensitydistributionsource

luminator

scannerilluminatedslitdropletgeneratorslitPFCO?lasercollector◆為滿足極紫外光刻需求，光源應(yīng)具有以下性能：(1)光源功率達(dá)250W,

且功率波動??；(2)較窄激光線寬，具有頻率噪聲和較小

相對強度噪聲，減少光學(xué)損耗；(3)較高系統(tǒng)效率，光源轉(zhuǎn)化率最終要達(dá)到250W以上功率，因此激光器平均功率需達(dá)到20kW?！魳O紫外光光源原理：(1)錫液發(fā)生器使錫液滴落入真空室③(每一錫滴大小為30微米);(2)脈沖式高功率激光器①擊中從旁飛

過的錫液滴②—每秒50,000次。Laser

分為兩部分，前脈沖和功率放大器。前脈沖和主脈沖擊中錫液使其氣化；(3)錫原子被電離，

產(chǎn)生高強度的等離子體；(4)收集鏡捕獲等離子體向所有方向發(fā)出的EUV

輻射，匯聚形成光源；(5)將集中起來的光源傳遞至光

刻系統(tǒng)④以曝光晶片⑤。2.2光源波長(λ)——光源2.2.3核心技術(shù)

(EUV光源):高功率、轉(zhuǎn)換效率為EUV光刻必要條件華金證券HuajinSecurities華

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業(yè)EUV

光源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

EUV

產(chǎn)生工作原理圖資料來源：ASML,CSND、兆恒機械官區(qū)王本報告尾部的重要法律聲明singlediewafer31王本報告尾部的重要法律聲明

32靶材基于所選靶材所得結(jié)果13.5

nm

EUV光CE值幾何形狀不同幾何形狀表現(xiàn)鋰(Li)是當(dāng)穩(wěn)態(tài)Li等離子體處在高溫環(huán)境下時，會有極少量Li2+離子處于電離平衡態(tài)，即等離子體僅由剩余原子核和自由電子組成，且無任何譜線發(fā)出。1%-2%左右平板形靶用激光照射平板Sn靶，會造成被激光光束聚焦中心照射部分靶材溫度遠(yuǎn)高

于周圍其他部分。由于存在較大溫度梯度，中心部分等離子體膨脹速度快

周圍部分等離子體膨脹速度慢。速度較慢等離子體會對速度較快等離子體所在區(qū)域(EUV發(fā)射主導(dǎo)區(qū)域)所發(fā)出EUV光存在較為強烈吸收，進而影響

EUV-CE。限腔形靶通過使用雙脈沖照射Sn限腔形靶并在入射激光相反方向收集EUV光。證明

限腔形Sn靶相較于平板Sn靶具有更高EUV-CE。氙(Xe)EUV來源要由Xe元素的一種離子Li10+在

4d?

→4d?5p躍遷產(chǎn)生，CE較低，Xe光

譜純度較差僅有1%左右球形靶將直徑為幾微米的球形塑料靶材表面涂滿厚度為微米量級Sn,最終得到最

大值CE為3%;且CE會隨著Sn靶直徑與焦斑大小比值減小而逐漸增加。凹槽形靶脈沖激光打在平板Sn靶上同一點脈沖數(shù)量逐漸增多時，等離子體EUV-CE從

2.7%增加到5%,輻射EUV等離子體區(qū)域也較之前拉長近一倍。錫(Sn)EUV來源主要由Sn等離子體中高價態(tài)離子

Sn8+→Sn12+躍遷形成。5%～6%楔形靶楔形Sn靶EUV-CE約為3.6%。資料來源：《激光等離子體13.5nm極其CE較高。2.2光源波長(λ)——光源2.2.3核心技術(shù)

(EUV光源):液滴Sn靶易于操控，轉(zhuǎn)換效率較高◆

錫

(Sn)為當(dāng)前EUV光刻光源所用靶材，CE值為5%-6%。Mo/Si多層膜反射鏡特性致使選擇中心波長為13.5nm、2%帶寬內(nèi)EUV光作為光刻

光源，在此波段發(fā)出EUV主要靶材為氙(Xe)

、鋰

(Li)

、

錫

(Sn),其中Sn在13.5nm波長處的反射率占比最大。其EUV來源主要由Sn等離子體中高價態(tài)Sn?+→Sn12+躍遷形成，13.5nm

EUV光CE值為5%-6%?！粢旱蜸n靶好操控且碎屑較少，故其CE較高。平板形靶由于存在較大溫度梯度，EUV發(fā)射主導(dǎo)區(qū)域所發(fā)出EUV光存在較為強烈吸收；限腔形Sn靶相較于平板Sn靶具有更高EUV-CE;球形靶最大值CE為3%;且CE會隨著Sn靶直徑與焦斑大小比值減小而逐漸增加；液滴Sn靶好操控且碎屑較少，故其CE較高，用于大規(guī)模生產(chǎn)EUV光刻機光源均是采用液滴Sn靶。不同靶材13.5nm

EUV光CE值不同幾何形狀EUV光CE值(Sn

靶

)華金證券Huajin

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業(yè)◆

主振+功率放大器保證輸出高功率密度，高光束質(zhì)量激光束。CO?

激光驅(qū)動器需產(chǎn)

生持續(xù)時間<20ns脈沖，以實現(xiàn)LPP

過程最佳效率。且100kHz

重復(fù)頻率需要每個

脈沖輸送大于200mJ能量。滿足這些要求唯一方案是使用主振+功率放大器，以保

證輸出高功率密度，高光束質(zhì)量激光束。◆

CO?

激光器脈沖激光能量沉積區(qū)與EUV輻射區(qū)更近，帶來更高CE值。相較于Nd:

YAG激光脈沖，使用CO?

激光器脈沖能獲得較高CE(兩者比值為2.2),且輻射出EUV

光功率更高。因為其脈沖激光能量沉積區(qū)與EUV輻射區(qū)近，便于激光能量快速轉(zhuǎn)移

到等離子體中輻射EUV光，且用CO?

激光作為驅(qū)動光源產(chǎn)生碎屑數(shù)量少，光譜純度

高。大功率短脈沖CO?激光器系統(tǒng)示意圖Nd:YAG激光(a)與CO?激光(b)等離子體激光能量吸收區(qū)域和極紫外

輻射區(qū)域Distance

from

plane

target2.2光源波長(λ)——光源2.2.3核心技術(shù)

(EUV

光

源

)

:CO?激光系統(tǒng)保證輸出高功率密度且轉(zhuǎn)換效率較高Amp

Amp

AmpToEUVChamber>20kW華金證券HuajinSecurities

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業(yè)PowerAmplifier資料來源：《激光等離子體13.5nm極第hce

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target王本報告尾部的重要法律聲明-Isola-

CO?slabO?slab-Isola—十15wSw2)Grating

combine3kWPrAmplifierIsolaP18Line-P24LineMulti-Line

Oscillator(Sw150w332.2光源波長(λ)——光源2.2.3核心技術(shù)

(EUV光源):加入預(yù)脈沖可以極大提高CE,雙脈沖成為主流◆

加入預(yù)脈沖可以極大地提高CE,Nd:YAG

激光更適用于預(yù)脈沖。先用預(yù)脈沖照射錫靶，產(chǎn)生低密度、碎片化的錫靶。設(shè)計好延時時間后，再用

高功率的主脈沖擊打錫靶，最終產(chǎn)生高密度、高溫的等離子體并輻射EUV光，利用該方法最高可得到約6%的轉(zhuǎn)換效率。在預(yù)脈沖激光的選擇上，

相比CO

激光，用波長更短的Nd:YAG

激光可以產(chǎn)生更高的臨界等離子體密度，輻射更高能量的EUV光，且Nd:YAG

激光具有更強的穿透能力，能使預(yù)脈沖擊打靶材的氣化率更高?！鬐igaphoton公司共設(shè)計3款13.5nm-EUV光源產(chǎn)品，皆為雙脈沖。Proto#1

設(shè)計重點為碎片減緩技術(shù)；Proto#2

偏向于優(yōu)化CE設(shè)備；Pilot#1

設(shè)計則偏向于在半導(dǎo)體工廠中支持大規(guī)模生產(chǎn)商業(yè)應(yīng)用。Pi

lot

#1在輸出功率(250W)、

轉(zhuǎn)換效率(5%)及工作時長(大于3個月)等眾多方面都較其他兩款產(chǎn)品有絕對優(yōu)勢。王本報告尾部的重要法律聲明

34plet

stream參數(shù)細(xì)分指標(biāo)Proto#1Proof

ofConceptProto#2Key

TechnologyPilot#1HVM

Readyargetxpansion目標(biāo)性能EUVPower25W>100W250WCE3%4%5%脈沖速率100

kHz100

kHz100

kHz輸出角度水平>62°>62°Availability-1week-1week>75%技術(shù)參數(shù)DropletGenerator20-25

μm<20

μm<20

μmCO?Laser5kW20kW27kWPre-pulseLaser皮秒皮秒皮秒個段10

days>3

months0

Dro0T

EEUVCO?beamMainpulse

CO?beam華金證券HuajinSecurities

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業(yè)EUV光源雙脈沖方案Gigaphoton公司EUV光源產(chǎn)品參數(shù)資料來源：《激光等離子體13.5nm極紫外光刻光源Pre-pulse2.2光源波長(λ)——光源2.2.4

現(xiàn)

狀

：Cymer

與Gigphoton

幾乎壟斷全球激光光刻機光源產(chǎn)業(yè)，科益虹源彌補技術(shù)空白華發(fā)

集團

旗

下

企

業(yè)◆

Cymer與Gigphoton幾乎壟斷全球激光光刻機光