EUV极紫外光刻机行业：技术壁垒极高且优势明显但上游镜头被卡尔蔡司垄断

2023-04-20 15:48

一、EUV极紫外光刻机优缺点对比

EUV极紫外光刻机是全球光刻机发展的历史转折点，被称为“现代光学工业制造之花”，其制造难度之大全球唯有ASML公司才能生产。

EUV光刻机制造工艺难点及优势

EUV光刻机制造工艺难点
强大光源	极紫外光线极其容易被物质吸收，EUV光束在多次反射后，只有不到2%光线能使用，能量转化率极低。因此需使用强大光源，以此保证射线光源足够强，导致耗能巨大。
真空环境	极紫外光波长为13.5nm，由于极紫外光线容易被镜头玻璃等材料吸收，而且也会被空气和气体吸收导致影响折射率变化，因此腔体必须采用真空系统和无尘车间。
光学系统设计	复杂的光学系统必须使用反射镜代替透镜，布拉格反射器为一种复式镜面设计，可将多层反射集中成单一反射。反射镜制造精度要求非常高，因此制造成本非常昂贵。
独特光刻机/掩膜版	普通光刻机使用化学放大光刻胶，由分子链聚合而成，但此材料不易吸收EUV光线，容易导致形成的图形轻微模糊。 EUV易破坏普通掩膜版，需特殊掩膜版。
EUV光刻机优势
分辨率	与ArF光刻机不一样，EUV光刻机最高分辨率可达1nm，在未来可能将突破1nm制造，EUV光刻技术可提供3-5倍的分辨率增强。
生产效率	强大的EUV光线使光刻工程步骤大大缩减，光刻工艺相对于ArF光刻机更加简单，使得晶圆生产效率得到极大的提升。

数据来源：观研天下数据中心整理

根据观研报告网发布的《中国EUV极紫外光刻行业发展趋势调研与未来投资研究报告（2023-2030年）》显示，EUV与DUV光刻区别在于所使用的理论分辨率、物镜组和光源不同，ArF则是DUV深紫外光刻机所用的光源。

2007年，ASML推出第一台浸没式光刻机TWINSCANXT:1900i。浸入技术：镜头和硅片之间的空间浸泡于液体之中，采用纯净水且折射率为1.44，所以ArF光线加浸入技术实际等效的波长为134nm(193nm波长/水折射率1.44=134nm)。

2017年，ASML成功研发出第五代EUV光刻机，采用将准分子激光照射在锡等靶材，激发出13.5nm光子，作为光刻机光源。

ASML目前使用的EUV光源是“高能脉冲激光打击到锡液滴靶上，形成等离子体，等离子体的发光被聚光镜收集作为光刻光源”在这个过程中要控制锡液滴的流速，让高能脉冲激光每发射一次，就能够打击到锡液滴靶上，形成等离子体。

前道制程光刻机主流产品分析对比

光刻机种类	分辨率	物镜组	光源
EUV光刻机	EUV光刻机最基本分辨率为7纳米，理论上可实现1nm制程工艺。光源波长仅为13.5nm分辨率可达ArF光刻机3~5倍。	使用反射镜组，EUV光刻机所使用的反光镜为0.33。缺点：反光镜制造难度极高，导致EUV光刻机价格昂贵。	EUV光刻机用的是EUV光源。全球仅为美国公司Cymer与日本Gigaphoton才能制造,目前全球唯一量产EUV光刻机光源设备，由Cymer公司提供。
ArF光刻机	DUV光刻机最小分辨率为7纳米。使用浸入式技术，制程光刻机可达3-5nm。但成本巨大技术难度极高，因此DUV极限分辨率为7nm。	DUV光刻机的透镜NA为1.3，1.35。使用合成石英制造非球面镜片，实现较高透过率。	DUV光刻机用的是准分子Arf光源，目前能够制造出Arf光源仅有美国Cymer、日本Gigaphoton和中国科益虹源这三家。

数据来源：观研天下数据中心整理

二、EUV光刻机行业产业链

光刻机行业产业链中最为核心设备分别为光学镜头和光学光源，其镜头控制光学系统的精密度以及光源决定使用的波长，光刻物镜数值孔径与光源波长决定了光刻机的工艺能力。

数据来源：观研天下数据中心整理

高精密光学镜片是光刻机核心部件之一，高数值孔径的镜头决定光刻机分辨率以及套值误差能力，EUV极紫外光刻机唯一可使用的镜头由卡尔蔡司生产。

光学镜头行业市场化程度较高，在不同应用领域市场竞争格局呈现不同特点：

1、安防视频监控市场：中国厂商占主导，但国际高端市场仍被日系等厂商占据；

2、车载镜头：市场集中度较高，市场仍以日系和美系光学厂商为主，中国仅舜宇光学处于领先位置；

3、新兴消费类电子：市场细分较多，且多数仍处于前期培育阶段，光学镜头厂商市场集中度较低，无明显优势厂商；

4、机器视觉：市场主要被德系和日系光学厂商占据。在光刻机领域，全球光学镜头可用于光刻机仅为三家，分别为卡尔蔡司、尼康和佳能。而用于超高端EUV极紫外光刻机镜头便由卡尔蔡司提供，长期以来为ASML光刻设备提供高效能光学镜头。

全球光学镜头行业公司对比

	主要产品类型	应用场景
卡尔蔡司	P型、E型、L型和自动变焦镜头等类型	主要为半导体制造设备，以及测量系统、显微镜、医疗技术、望远镜、民用光学如相机和摄影镜头等
徕卡	M系列、R系列、APO系列、TELE中距离望远镜头、TELYT长距离望远镜头	测量系统〔工程、地学空间影响、工业、HDS高清晰等测量)、显微镜系统、医疗技术、相机和摄影镜头
施耐德	Reomar2.8/45镜头、Xenar3.5/50镜头	大型科研用途、民用光学透镜如相机和摄影镜头等
尼康	大光圈广角系列镜头:AF尼克尔、AF变焦尼克尔、DX系列镜头	半导体制造设备．以及测量系统、显微镜、医疗技术、眼睛镜片、民用光学如相机和摄影镜头等、望远镜
佳能	EF、EF-S、EF-M、TS-E、MP-E等系列	半导体制造设备．以及测量系统、显微镜、医疗技术、眼睛镜片、民用光学如相机和摄影镜头等、望远镜