2022年度全球光刻機市場

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2023-02-21 09:42:22 815

一、光刻機出貨情況

2022年，前三大ASML、Nikon、Canon的集成電路用光刻機出貨達超過500臺，達到551臺，較2021年的478臺增加73臺，漲幅為15%。

從EUV、ArFi、ArF三個高端機型的出貨來看，2022年共出貨157臺，較2021年的152臺增長3%+。其中ASML出貨149臺，較2021年增加4臺，占有95%的市場；Nikon出貨8臺，占有5%的市場。雙方的市占率維持平衡。

EUV方面還是ASML獨占鰲頭，市占率100%；ArFi方面ASML市占率高達95%+；ArF方面ASML占有87%+的市場份額；KrF方面ASML也是占據(jù)72%+的市場份額；在i線方面ASML也有23%+的市場份額。

2022年各季度出貨量分別為95臺、139臺、144臺、173臺，相較2021年各季度，只有*季出貨量有所下降，其他三個季度有所增長，且第三季、第四季連續(xù)創(chuàng)下出貨量的新高。

二、ASML

1、出貨情況

2022年ASML光刻機營收約161億美元，較2021年131億成長23%。

2022年ASML共出貨345臺光刻機，較2021年309年增加36臺，增長12%。其中EUV光刻機出貨40臺，較2021年減少2臺；ArFi光刻機出貨81臺，和2021持平；ArF光刻機出貨28臺，較2021年增加6臺；KrF光刻機出貨151臺，較2021年增加20臺；i-line光刻機出貨45臺，和2021年增加12臺。

2022年ASML的EUV光刻機營收占光刻機整體收入的44%，2022年單臺EUV平均售價超過1.7億歐元(約11億元)，較2021年單臺平均售價增長15%。這主要是由于2022年公司主要是銷售TWINSCAN NXE: 3600D，相較TWINSCAN NXE: 3400C價格更高

從2011年出售*臺EUV機臺以來，截止2022年第四季出貨達183臺。2022年EUV光刻機共加工晶圓超過4000萬片。

2022年來自中國大陸的光刻機收入約21.6億歐元，相較2021年是21.8億歐元，但是占比2022年來自中國大陸的光刻機收入的占比比2021年減少2個百分點。

2、ASML的EUV光刻機新進展

從2018年以來，ASML一是在加速EUV技術導入量產(chǎn)；二是擴大EUV生產(chǎn)規(guī)模，從2018年的22臺增加到2021年的42臺，2022年逾50臺，2023年生產(chǎn)臺數(shù)將進一步增加；三是實驗以0.55 NA取代目前的0.33 NA，具有更高NA的EUV微影系統(tǒng)能將EUV光源投射到較大角度的晶圓，從而提高分辨率，并且實現(xiàn)更小的特征尺寸。

0.33 NA

目前主力出貨的TWINSCAN NXE: 3600D套刻精度為1.1nm，曝光速度30 mJ/cm2，每小時曝光160片晶圓，年產(chǎn)量為140萬片。據(jù)悉，NXE:3600D能達到93%的可用性，2023年有望達到進DUV光刻機95%的可用性。

從2017年第二季出貨*臺量產(chǎn)機型TWINSCAN NXE: 3400B至今，包括NXE: 3400B、NXE: 3400C和NXE: 3600D累計出貨超過150臺。

根據(jù)ASML EUV光刻機路線圖顯示，預計2023年出貨的NXE:3800E最初將以30mJ/cm2的速度提供大過每小時195片的產(chǎn)能，并在吞吐量升級后達到每小時220片，同時在像差、重疊和吞吐量方面進行漸進式光學改進；預計2025年出貨的NXE:4000F，套刻精度為0.8nm，吞吐量每小時220片。

圖片腳注1/2/3表明，初始晶圓每小時規(guī)格可能從 20mJ/cm2(250W) 開始，隨后到 30mJ/cm2(500W)，更有可能是60mJ/cm2(500W)

0.55NA

在提升0.33 NA產(chǎn)能的同時，也在加快0.55 NA的研發(fā)進度。0.55 NA 的平臺名為EXE，具有新穎的光學設計和更快的處理速度。EXE平臺被設計為支持多個未來節(jié)點，從2納米邏輯節(jié)點開始，然后是類似密度的內(nèi)存節(jié)點。

EUV光刻機路線圖顯示，2023年將推出0.55 NA的EXE:5000研發(fā)機型，套刻精度為1.1nm，可用于1納米生產(chǎn)。按照業(yè)界當前的情況推測，真正量產(chǎn)機型EXE:5200B出貨可能要等到2024年。英特爾位于亞利桑娜州的D1X P3已經(jīng)在今年啟用，新的潔凈室在等著2024年安裝EXE:5200B，2025年投產(chǎn)Intel 20工藝。

2022年SPIE先進光刻大會傳出消息，ASML在其位于Veldhoven的新潔凈室中已經(jīng)開始集成*個0.55 NA EUV設備，原型機有望在2023年上半年完成；同時正在與IMEC建立一個原型機測試工廠，將在其中建造0.55 NA系統(tǒng)，連接到涂層和開發(fā)軌道，配備計量設備，并建立與0.55 NA工具開發(fā)相伴的基礎設施，包括變形成像、新掩膜技術、計量、抗蝕劑篩選和薄膜圖案化材料開發(fā)等，并準備最早在2025年使用生產(chǎn)模型，在2026年實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。

當然，光刻機作為一個由來自全球近800家供貨商的數(shù)十萬個零件組成的“龐然巨物”，僅靠ASML一家努力是遠遠不夠的，其他和光刻機有關的廠商也已全力以赴，一切都在按計劃進行。

鏡頭的研發(fā)進度肯定影響新機型的出貨時間。蔡司為0.55 NA推出形變鏡頭，新的鏡頭系統(tǒng)在x方向上放大4倍，在y方向上放大8倍，使得曝光光場減半，由原來858mm2（26mm ×33mm）縮小為429 mm2（26mm ×16.5mm）。為了不影響單位生產(chǎn)率，必須通過實現(xiàn)2倍曝光掃描速度來解決因為0.55 NA光刻機系統(tǒng)所帶來的2倍的曝光次數(shù)。

光源方面，ASML圣地亞哥實驗室已經(jīng)實現(xiàn)了超過500W的光源功率，從經(jīng)驗來看，研究開發(fā)達到生產(chǎn)需要約2年的時間，2024年實現(xiàn)生產(chǎn)應該沒有問題。500W可以允許0.55 NA半場成像光刻機上在60mJ/cm2曝光能量條件下，吞吐量達到每小時150片的生產(chǎn)效率。

EUV光刻膠方面，化學放大光刻膠(chemically-amplified resists，CAR) 和金屬氧化物光刻膠（metal-oxide resists）還處于推進階段，優(yōu)化參數(shù)仍在評估中，包括劑量敏感性、粘度、涂層均勻性與厚度、可實現(xiàn)的分辨率以及對曝光時材料內(nèi)光子/離子/電子相互作用。

當然還有一個成本問題。目前出貨的0.33 NA光刻機售價約在10億元到15億元之間，那么未來0.55 NA光刻機售價多少合適，估計將翻倍，約在20億元到30億元之間。但是，0.55 NA EUV能夠減少晶圓廠的生產(chǎn)周期，因為單次0.55 NA EUV所需的總處理時間將少于多次通過0.33 NA EUV的總處理時間，生產(chǎn)周期縮短意味著提高了產(chǎn)能；另一方面，也提高了芯片設計的靈活性，可以縮短芯片設計周期。

不過目前看來，客戶下單還是挺積極，臺積電、英特爾、三星電子和SK海力士都訂購了0.55 NA光刻機。

未來Hyper-NA (0.7/0.75NA)

2022年SPIE先進光刻大會上，英特爾的Mark Phillips預測，未來High-NA也許是0.7 NA。就是不知道代價有多大。

ASML日前在2022年度財報中表示，2030年之后，將有望實現(xiàn)NA高于0.7(Hyper-NA)的EUV光刻機，但一切都取決于成本。

ASML正在繼續(xù)努力控制當前0.33 NA EUV以及High-NA和 Hyper-NA的成本，以確保微縮的需求仍然強勁。

Hyper-NA EUV光刻機正在走來的路上。

三、Canon

1、出貨情況

2022年，Canon光刻機營收約為20億美元。

2022年，Canon的半導體用光刻機還是i-line、KrF兩類機臺出貨，光刻機出貨量達176臺，較2021年出貨增加36臺，增幅25%；其中i-line機臺是出貨的主力，出貨125臺。佳能表示，得益于半導體光刻機在電力及傳感器等廣闊領域的應用持續(xù)堅挺，生產(chǎn)能力得到最大限度的提升，因此銷售臺數(shù)同比實現(xiàn)上漲。

2022年，Canon面板（FPD）用光刻機出貨51臺，較2021年出貨量減少16臺。

佳能表示2023年要新建光刻機工廠，產(chǎn)能要提升兩倍；同時押注NIL技術，盡快實現(xiàn)5nm精度。

2、佳能的納米壓印技術發(fā)展

1995年，普林斯頓大學的華人科學家周郁（Stephen Chou）教授*提出納米壓?。∟anoimprint Lithography，NIL）概念，從此揭開了納米壓印制造技術的研究序幕。

由于納米壓印技術的加工過程不使用可見光或紫外光加工圖案，而是使用機械手段進行圖案轉移（相當于光學曝光技術中的曝光和顯影工藝過程），然后利用刻蝕傳遞工藝將結構轉移到其他任何材料上，這種方法能達到很高的分辨率。報道的最高分辨率可達2納米。此外，模板可以反復使用，無疑大大降低了加工成本，也有效縮短了加工時間。

納米壓印技術將現(xiàn)代微電子加工工藝融合于印刷技術中，克服了光學曝光技術中光衍射現(xiàn)象造成的分辨率極限問題，展示了超高分辨率、高效率、低成本、適合工業(yè)化生產(chǎn)的獨特優(yōu)勢，從發(fā)明至今，一直受到學術界和產(chǎn)業(yè)界的高度重視。

經(jīng)過年30年的研究，納米壓印技術已經(jīng)在許多方面有了新進展。最初的納米壓印技術是使用熱固性材料作為轉印介質(zhì)填充在模板與待加工材料之間，轉移時需要加高壓并加熱來使其固化。后來人們使用光刻膠代替熱固性材料，采用注入式代替壓印式加工，避免了高壓和加熱對加工器件的損壞，也有效防止了氣泡對加工精度的影響。

而模板的選擇也更加多樣化。原來的剛性模板雖然能獲得較高的加工精度，但僅能應用于平面加工。研究者們提出了使用彈性模量較高的PDMS作為模板材料，開發(fā)了軟壓印技術。這種柔性材料制成的模板能夠貼合不同形貌的表面，使得加工不再局限于平面，對顆粒、褶皺等影響加工質(zhì)量的因素也有了更好的容忍度。

佳能（Canon）從2004年開始一直秘密研發(fā)納米壓印技術；直到2014年收購美國從事納米壓印基礎技術研發(fā)的Molecular Imprints公司（現(xiàn)Canon Nanotechnologies公司）才公開。

最新的納米壓?。∟IL）的參數(shù)指標不錯，套刻精度為2.4nm/3.2nm，每小時可曝光超過100片晶圓。

據(jù)悉，納米壓?。∟IL）已經(jīng)達到3D NAND的要求，2017年7月日本3D NAND大廠鎧俠（Kioxia，原東芝存儲部門）已經(jīng)開始使用此設備。在3D NAND之外也可以滿足1Anm DRAM的生產(chǎn)需求。

佳能和大日本印刷（DNP）、鎧俠合作，在技術研發(fā)中NIL已經(jīng)可以處理高達5nm的電路線寬。大日本印刷通過模擬測試發(fā)現(xiàn)，在形成電路過程中每個晶圓的功耗僅為使用EUV光刻的十分之一左右。

四、Nikon

2022年度，Nikon光刻機業(yè)務營收約15億美元。

2022年度，Nikon集成電路用光刻機出貨30臺，較2021年減少5臺。其中ArFi光刻機出貨4臺，和2021年持平；ArF光刻機出貨4臺，較2021年度增加1臺；KrF光刻機出貨7臺，較2021年度增加2臺；i-line光刻機出貨15臺，較2021年度減少8臺。

2022年度，Nikon全新機臺出貨14臺，翻新機臺出貨16臺。

2022年，Nikon面板（FPD）用光刻機出貨28臺，較2021年大減40%。其中10.5代線用光刻機出貨5臺。

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