全球光刻機(jī)發(fā)展概況以及半導(dǎo)體裝備國(guó)產(chǎn)化

一、引言

ASML脫胎于飛利浦光刻設(shè)備研發(fā)小組。飛利浦從1971年開(kāi)始，在此前開(kāi)發(fā)的透鏡式顯影裝備基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)透鏡式非接觸光刻設(shè)備。雖然在1973年成功推出新型光刻設(shè)備，在整體性能研發(fā)方面取得一定成功，但由于成本高昂，且存在一系列技術(shù)問(wèn)題，很難對(duì)外推廣。同時(shí)，其他設(shè)備商在解決接觸式光刻機(jī)的缺陷問(wèn)題上用不同的技術(shù)路徑取得了突破。于是，飛利浦計(jì)劃要關(guān)停光刻設(shè)備研發(fā)小組。

這時(shí)ASMI找上門(mén)來(lái)要求合作開(kāi)發(fā)生產(chǎn)光刻機(jī)。ASMI是什么來(lái)頭呢？這里有必要介紹一下。ASMI（Advanced Semiconductor MaterialsInternational）是由Arthur del Prado在1964年創(chuàng)辦，初時(shí)是一家半導(dǎo)體設(shè)備代理商。Arthur del Prado非常富有戰(zhàn)略眼光且專(zhuān)注半導(dǎo)體，很快在半導(dǎo)體業(yè)界風(fēng)生水起，并于1971年公司開(kāi)始轉(zhuǎn)型進(jìn)入封裝設(shè)備生產(chǎn)，慢慢擴(kuò)大到前道設(shè)備，1976年公司的PECVD進(jìn)入市場(chǎng)，奠定ASMI作為原始設(shè)備生產(chǎn)商的地位。1981年公司成功上市。

ASMI興沖沖而來(lái)，沒(méi)想到熱臉貼冷屁股。飛利浦已經(jīng)心灰意冷了，但耐不住的Arthur del Prado的軟磨硬泡，于是同意與Advanced Semiconductor Materials B.V.合作，在1984年4月成立Advanced Semiconductor Material Lithography Holding N.V.。

ASML當(dāng)時(shí)面臨三大問(wèn)題，一個(gè)是技術(shù)落后，飛利浦公司先前研發(fā)的技術(shù)在漫長(zhǎng)的等待中已經(jīng)過(guò)時(shí)，遠(yuǎn)不能滿足客戶(hù)要求；二是市場(chǎng)已經(jīng)飽和，競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，強(qiáng)手如林，日本的Nikon、Canon、Hitachi，美國(guó)的GCA、SVG、Ultratch、ASET、Perkin-Elmer、Eaton，民主德國(guó)的Zeiss等相繼推出了自己的光刻機(jī)產(chǎn)品；三是資金嚴(yán)重匱乏。

據(jù)說(shuō)當(dāng)時(shí)員工都對(duì)ASML的未來(lái)沒(méi)有信心?，F(xiàn)在ASML公司官方網(wǎng)站里的“Our History”里，都用了“inauspiciously”這個(gè)詞描寫(xiě)當(dāng)時(shí)的情況。

是什么原因讓ASML殺出重圍，并成長(zhǎng)為光刻機(jī)領(lǐng)域的絕對(duì)龍頭，全球市占率達(dá)到近70%，壟斷高端EUV光刻機(jī)市場(chǎng)。

觀其成長(zhǎng)之路，可謂一段產(chǎn)業(yè)傳奇。成立之初，由于技術(shù)落后和資金不足，加上產(chǎn)業(yè)周期性衰退，幾乎陷入破產(chǎn)境界；1995年上市，充裕的資金讓公司發(fā)展提速；2000年推出TWINSCAN雙工件臺(tái)光刻機(jī)，一舉奠定霸主地位；進(jìn)入EUV時(shí)代，得到大客戶(hù)支持，更是一騎絕塵?？梢哉f(shuō)ASML的龍頭之路既與產(chǎn)業(yè)大環(huán)境密切相關(guān)，也是其自身重視研發(fā)，對(duì)研究創(chuàng)新始終采取開(kāi)放態(tài)度的必然結(jié)果。

二、光刻機(jī)技術(shù)發(fā)展及未來(lái)趨勢(shì)

在說(shuō)ASML的故事前，還是先說(shuō)說(shuō)光刻機(jī)的發(fā)展情況。

光刻機(jī)是集成電路制造中最精密復(fù)雜、難度最高、價(jià)格最昂貴的設(shè)備，用于在芯片制造過(guò)程中的掩膜圖形到硅襯底圖形之間的轉(zhuǎn)移。（上刻出晶體管器件的結(jié)構(gòu)和晶體管之間的連接通路。）

集成電路在制作過(guò)程中經(jīng)歷材料制備、掩膜、光刻、刻蝕、清洗、摻雜、機(jī)械研磨等多個(gè)工序，其中以光刻工序最為關(guān)鍵，因?yàn)樗钦麄€(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)制造工藝先進(jìn)程度的重要指標(biāo)。

光刻機(jī)的發(fā)展經(jīng)過(guò)了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，1960年代的接觸式光刻機(jī)、接近式光刻機(jī)，到1970年代的投影式光刻機(jī)，1980年代的步進(jìn)式光刻機(jī)，到步進(jìn)式掃描光刻機(jī)，到浸入式光刻機(jī)和現(xiàn)在的EUV光刻機(jī)，設(shè)備性能不斷提高，推動(dòng)集成電路按照摩爾定律往前發(fā)展。

曝光光源方面，從1960年代初到1980年代中期，汞燈已用于光刻，其光譜線分別為436nm（g線）、405nm（h線）和365nm（i線 ）。然而，隨著半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)更高分辨率（集成度更高和速度更快的芯片）和更高產(chǎn)量（更低成本）的需求，基于汞燈光源的光刻工具已不再能夠滿足半導(dǎo)體業(yè)界的高端要求。

1982年，IBM的Kanti Jain開(kāi)創(chuàng)性的提出了“excimer laser lithography（準(zhǔn)分子激光光刻）”，并進(jìn)行了演示，現(xiàn)在準(zhǔn)分子激光光刻機(jī)器（步進(jìn)和掃描儀）在全球集成電路生產(chǎn)中得到廣泛使用。在過(guò)去的30年中，準(zhǔn)分子激光光刻技術(shù)一直是摩爾定律持續(xù)推進(jìn)的關(guān)鍵因素。使得芯片制造中的最小特征尺寸從1990年的500nm推進(jìn)至2016年10nm，臺(tái)積電和三星都宣稱(chēng)2018年要量產(chǎn)7nm產(chǎn)品。

光刻系統(tǒng)中常用的DUV準(zhǔn)分子激光器是248nm波長(zhǎng)的KrF和193nm波長(zhǎng)的ArF。1980年代準(zhǔn)分子激光光源的主要制造商是Lambda Physik（后并入Coherent, Inc.）和Lumonics。自1990年代中期以來(lái)，Cymer公司（原ASML合作伙伴，2013年并入ASML）和Gigaphoton Inc.（尼康光刻機(jī)的光源合作伙伴）已成為光刻設(shè)備制造商的準(zhǔn)分子激光光源的主要供應(yīng)商。

使用193nm ArF光源的干法光刻，其工藝節(jié)點(diǎn)可達(dá)45/40nm，進(jìn)一步采用浸液式光刻、配合比較激進(jìn)的可制造性設(shè)計(jì)（DfM）等技術(shù)后，可達(dá)28nm；而要進(jìn)到更高端制程時(shí)，就必須采用輔助的多重曝光（Multiple Patterning，MP）。然而使用多重曝光會(huì)帶來(lái)兩大問(wèn)題：一是光刻加掩膜的成本上升，而且影響良率，多一次工藝步驟就是多一次良率的降低；二是工藝的循環(huán)周期延長(zhǎng)，多重曝光不但增加曝光次數(shù)，而且增加刻蝕（ETCH）和機(jī)械研磨（CMP）工藝次數(shù)，也就是把光刻的步驟分了點(diǎn)給ETCH和CMP。對(duì)于使用浸液式光刻+多重圖形曝光的193nm ArF光刻機(jī)可以將工藝縮小到10nm。

而EUV作為下一代技術(shù)的代表，不需要多重曝光，一次就能曝出想要的精細(xì)圖形，沒(méi)有超純水和晶圓接觸，在產(chǎn)品生產(chǎn)周期、OPC的復(fù)雜程度、工藝控制、良率等方面的優(yōu)勢(shì)明顯。但是也需要繼續(xù)優(yōu)化。特別是EUV的曝光方式，降低EUV掩膜版的缺陷，以及晶圓產(chǎn)率方面還有很大發(fā)大空間。目前市場(chǎng)有多款EUV機(jī)型并開(kāi)始出貨，劍指7nm、5nm。

雖然EUV光刻機(jī)已經(jīng)開(kāi)始出貨，但由于其成本昂貴且交期長(zhǎng)，一般的公司可能暫時(shí)用不上甚至也買(mǎi)不到機(jī)臺(tái)，所以現(xiàn)在光刻機(jī)市場(chǎng)主要以193nm ArF光刻機(jī)為主。

如果工藝制程繼續(xù)延伸到1nm或以下，如果EUV單次曝光已經(jīng)無(wú)法滿足今后工藝要求的話，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)EUV+多重曝光呢？

電子束直寫(xiě)技術(shù)還有可能重出江湖嗎？雖然它曝光一片晶圓的時(shí)間有點(diǎn)恐怖。

目前光刻技術(shù)的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為縮短曝光光源波長(zhǎng)、提高數(shù)值孔徑（NA）和改進(jìn)曝光方式。但不管技術(shù)如何發(fā)展，產(chǎn)率肯定是要考量的。

三、光刻機(jī)“寡頭”市場(chǎng)

隨著時(shí)間的推移，工藝技術(shù)的進(jìn)步，Hitachi、GCA、SVG、Ultratch、ASET、Perkin-Elmer、Eaton、Zeiss等，有的已經(jīng)退出光刻機(jī)市場(chǎng)，有的被收購(gòu)，有的轉(zhuǎn)戰(zhàn)先進(jìn)封裝用光刻機(jī)市場(chǎng)。

目前全球半導(dǎo)體前道用光刻機(jī)的生產(chǎn)廠商有4家，分別是ASML、Nikon、Canon和上海微電子（SMEE），其中尤其以ASML為佳，一家獨(dú)占7成的市場(chǎng)。

2017年全球晶圓制造用光刻機(jī)臺(tái)出貨不足300臺(tái)，其中ASML共就出貨198臺(tái)，占全球近7成的市場(chǎng)。其中EUV光刻機(jī)11臺(tái)，ArFi光刻機(jī)76臺(tái)，ArF光刻機(jī)14臺(tái)，KrF光刻機(jī)71臺(tái)，i-line光刻機(jī)26臺(tái)。2017年單臺(tái)EUV機(jī)臺(tái)平均售價(jià)超過(guò)1億歐元，2018年一季度的售價(jià)更是接近1.2億歐元，而且是有價(jià)無(wú)貨。

2017年Nikon出貨26臺(tái)光刻機(jī)，占有率不足10%，其中ArFi光刻機(jī)6臺(tái)，ArF光刻機(jī)8臺(tái)，KrF光刻機(jī)2臺(tái)，i-line光刻機(jī)10臺(tái)。（筆者注：從1980年代，Nikon就開(kāi)始進(jìn)入半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，在近40年的光刻機(jī)研究與開(kāi)發(fā)中，已向世界各國(guó)或地區(qū)銷(xiāo)售了各種光刻機(jī)超過(guò)9000多臺(tái)，曾創(chuàng)下年銷(xiāo)量900臺(tái)的紀(jì)錄，不過(guò)自2008年和2009年丟失臺(tái)灣、韓國(guó)市場(chǎng)，公司開(kāi)始一蹶不振，出貨量急速下滑。）

2017年Canon出貨70臺(tái)，占比24%，且集中在低端產(chǎn)品，其中KrF光刻機(jī)20臺(tái)，i-line光刻機(jī)50臺(tái)。（筆者注：從1970年代，Canon公司就涉足半導(dǎo)體制造設(shè)備領(lǐng)域, 憑借世界領(lǐng)先的光學(xué)及精密機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)，從研制2：1縮小投影和接觸接近式光刻設(shè)備起步，先后向世界市場(chǎng)投放了PLA系列步進(jìn)式、MPA系列等倍掃描式、投影式和FPA系列步進(jìn)縮小投影式、掃描式三大系列的光學(xué)光刻設(shè)備約10000臺(tái)，由于公司在技術(shù)上的決策失誤，從2008年逐步退出半導(dǎo)體用光刻機(jī)市場(chǎng)。）

從上圖可以看出，2011年開(kāi)始，ASML按銷(xiāo)售金額（不含服務(wù)費(fèi)入）計(jì)算，就一直占有全球6成以上的市場(chǎng)。而Nikon盡管在機(jī)臺(tái)出貨數(shù)量上不如Canon，但是由于Canon的出貨機(jī)臺(tái)都是低端的光刻機(jī)臺(tái)，所以Nikon的年度銷(xiāo)售收入相比Canon要高。

2017年全球光刻機(jī)總出貨294臺(tái)，ASML出貨198臺(tái)，占有68%的市場(chǎng)份額。EUV光刻機(jī)方面，ASML占有率100%。在ArFi機(jī)臺(tái)方面，全球銷(xiāo)售82臺(tái)，ASML以76臺(tái)，占有率超過(guò)92%。ArF機(jī)臺(tái)方面，全球銷(xiāo)售22臺(tái)，ASML占比64%。也就是說(shuō)，在高端光刻機(jī)方面，ASML占有88%的市場(chǎng)。

2011-2017年全球光刻機(jī)總出貨1920臺(tái)，ASML出貨1209臺(tái)，占有63%的市場(chǎng)份額。EUV光刻機(jī)方面，ASML占有率100%。在ArFi機(jī)臺(tái)方面，全球銷(xiāo)售612臺(tái)，ASML以539臺(tái)，占有率超過(guò)88%。ArF機(jī)臺(tái)方面，全球銷(xiāo)售95臺(tái)，ASML占比52%。也就是說(shuō)，在高端光刻機(jī)方面，ASML占有84%的市場(chǎng)。

目前全球知名廠商都是ASML的客戶(hù)，英特爾、三星、臺(tái)積電都在全力支持ASML在EUV光刻機(jī)方面的研發(fā)。Nikon在EUV機(jī)臺(tái)方面只在2008年第4季出貨一臺(tái)，再也沒(méi)有任何消息。而Canon從2010年開(kāi)始就完全退出了ArF領(lǐng)域，只保有低端機(jī)出貨，轉(zhuǎn)而發(fā)力OLED光刻機(jī)市場(chǎng)。

四、巨人ASML成長(zhǎng)記分析

1、發(fā)展歷程

1984年飛利浦與ASMI合資成立Advanced Semiconductor Material Lithography Holding N.V.（先進(jìn)半導(dǎo)體材料光刻控股有限公司）；

1984年推出首款產(chǎn)品：PAS2000，采用油壓驅(qū)動(dòng)，技術(shù)落后同行；

1986年推出首臺(tái)步進(jìn)式設(shè)備PAS2500/10，并和鏡頭制造商Carl Zeiss建立密切合作關(guān)系；

1989年推出PAS5000系統(tǒng)；

1991年推出PAS5500系統(tǒng)，這是公司的重大技術(shù)突破；

1995年3月在 NASDAQ與阿姆斯特丹交易所上市；

1999年6月收購(gòu)MicroUnity Systems Engineering Inc.業(yè)務(wù)部門(mén)MaskTools，使得公司在先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)方面可以提供最完整的解決方案，改善了公司光刻機(jī)的掃描和成像能力，顯著增加了聚集深度，擴(kuò)大了光刻窗口，提高了芯片產(chǎn)量；

2000年8月首臺(tái)TWINSCAN系統(tǒng)光刻機(jī)出貨，以獲得最大生產(chǎn)力；

2000年12月獲得日本首個(gè)訂單：PAS 5500/750E DUV和PAS 5500/400C i-line；

2001年5月完成對(duì)Silicon Valley Group, Inc.（SVG）的收購(gòu)，獲得了投影掩罩瞄準(zhǔn)技術(shù)、掃描技術(shù)，極大的提升了公司產(chǎn)品的技術(shù)，并在美國(guó)擁有了研發(fā)生產(chǎn)基地；

2001年6月由ASM Lithography Holding N.V.更名為ASML Holding N.V. ；

2007年3月8日完成收購(gòu)光刻解決方案提供商Brion Technologies，Brion的計(jì)算光刻技術(shù)（設(shè)計(jì)驗(yàn)證，分辨率增強(qiáng)技術(shù)RET以及光學(xué)鄰近效應(yīng)修正OPC）能使半導(dǎo)體制造商得以對(duì)制作出的集成電路圖形進(jìn)行仿真，并可更正掩模圖形，從而優(yōu)化制造工藝，提高成品率；

2007年推出首臺(tái)浸液式設(shè)備TWINSCAN XT:1900i；

2010年推出首臺(tái)EUV設(shè)備TWINSCAN NXE:3100系統(tǒng)，與之前的光刻機(jī)相比，能夠使用更短波長(zhǎng)的光，使得客戶(hù)可以制造更小規(guī)格的產(chǎn)品，在同一塊芯片上集成更多的晶體管；

2012年公司提出“客戶(hù)聯(lián)合投資專(zhuān)案”（Customer Co-Investment Program），獲得英特爾、臺(tái)積電、三星的響應(yīng)，以23%的股權(quán)共籌得53億歐元資金；

2013年5月30日完成對(duì)光源提供商Cymer的收購(gòu)，為公司量產(chǎn)EUV設(shè)備起決定性作用；

2016年11月5日收購(gòu)Carl Zeiss SMT的24.9%股權(quán)，以強(qiáng)化雙方在半導(dǎo)體微影技術(shù)方面的合作，發(fā)展下一代EUV微影系統(tǒng)。

2016年11月22日完成對(duì)漢微科Hermes Microvision收購(gòu)，以強(qiáng)化對(duì)半導(dǎo)體制造商的高科技服務(wù)；

2017年TWINSCAN NXE:3400B機(jī)臺(tái)正式出貨，產(chǎn)率為125wph 300mm晶圓。

下面筆者就已公司發(fā)展歷程來(lái)進(jìn)行解讀，說(shuō)說(shuō)ASML這個(gè)光刻機(jī)巨人是如何煉成的。

2、上市、資金與并購(gòu)、技術(shù)

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)屬于資金密集型、技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，光刻機(jī)作為推動(dòng)摩爾定律最關(guān)鍵的設(shè)備，研發(fā)新產(chǎn)品時(shí)更需要龐大的資金投入。ASML成立之初也面臨著技術(shù)落后和資金短缺的問(wèn)題。有消息稱(chēng)，1992年在遭遇半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)周期性衰退時(shí)，公司資金鏈斷裂，幾乎破產(chǎn)會(huì)閉。幸虧股東飛利浦及時(shí)出手相救，加上公司的輕資產(chǎn)戰(zhàn)略，才涉險(xiǎn)過(guò)關(guān)。

為了解決資金問(wèn)題，1995年3月，公司在阿姆斯特丹和美國(guó)納斯達(dá)克（NASDAQ）交易所同時(shí)上市，充裕的資金一方面增強(qiáng)了公司研發(fā)能力，同時(shí)也讓公司可以進(jìn)行產(chǎn)業(yè)并購(gòu)，以完善公司的技術(shù)，促進(jìn)光刻技術(shù)的發(fā)展。

1999年6月收購(gòu)MicroUnity Systems Engineering Inc.旗下業(yè)務(wù)部門(mén)MaskTools，使得公司在先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)方面可以提供最完整的解決方案，改善了公司光刻機(jī)的掃描和成像能力，顯著增加了聚集深度，擴(kuò)大了光刻窗口，提高了芯片產(chǎn)量；2001年5月完成收購(gòu)Silicon Valley Group, Inc.（SVG），掌握了投影掩罩瞄準(zhǔn)技術(shù)、掃描技術(shù)，極大的提升了公司產(chǎn)品的技術(shù)，并在美國(guó)擁有了研發(fā)生產(chǎn)基地；2007年3月完成收購(gòu)光刻解決方案提供商Brion Technologies，掌握了計(jì)算光刻技術(shù)（包括分辨率增強(qiáng)技術(shù)RET以及光學(xué)鄰近效應(yīng)修正OPC），計(jì)算光刻技術(shù)能使半導(dǎo)體制造商得以對(duì)制作出的集成電路圖形進(jìn)行仿真，并可更正掩模圖形，從而優(yōu)化制造工藝，提高成品率，涉足的領(lǐng)域包括設(shè)計(jì)驗(yàn)證；2013年5月30日完成對(duì)光學(xué)技術(shù)提供商Cymer的收購(gòu)，為公司量產(chǎn)EUV設(shè)備提供決定性信用；2016年11月5日收購(gòu)Carl Zeiss SMT的24.9%股權(quán)，以強(qiáng)化雙方在半導(dǎo)體微影技術(shù)方面的合作，為發(fā)展下一代EUV系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)；2016年11月22日完成收購(gòu)臺(tái)灣漢微科Hermes Microvision Inc. (HMI)，以強(qiáng)化將公司的全方位微影技術(shù)解決方案（包括微影曝光系統(tǒng)、運(yùn)算微影及量測(cè)）。

3、不斷投入研發(fā)，適時(shí)更新產(chǎn)品

光刻機(jī)是技術(shù)含量極高的設(shè)備，廠商每年需要投入巨額的資金用于研發(fā)。ASML極其重視研發(fā)，并對(duì)研發(fā)創(chuàng)新始終保持開(kāi)放態(tài)度。公司每年的研發(fā)投入都在營(yíng)業(yè)收入的15%左右。 如此大的研發(fā)投入，也讓公司能適時(shí)推出滿足市場(chǎng)需求的新品。

ASML的光刻機(jī)產(chǎn)品線分為PAS系列和采用TWINSCAN系統(tǒng)的AT系列、XT系列、NXT系列和NXE系列。其中PAS系列光源多為高壓汞燈光源，PAS 2000和PAS5000系列現(xiàn)已停產(chǎn)，PAS5500系列還在為產(chǎn)業(yè)發(fā)揮作用；TWINSCAN AT系列屬于老型號(hào)，已經(jīng)停產(chǎn)。市場(chǎng)上主力機(jī)種是XT系列以及NXT系列，為ArF和KrF激光光源，XT系列是成熟的機(jī)型，分為干式和浸液式兩種，而NXT系列則是現(xiàn)在主推的高端機(jī)型，全部為浸液式。NXE系列EUV機(jī)臺(tái)主要針對(duì)10納米以下的制程節(jié)點(diǎn)。

公司成立當(dāng)年，推出了公司第一款產(chǎn)品PAS 2000型光刻機(jī)，采用油壓驅(qū)動(dòng)，技術(shù)落后同行。隨后靠著飛利浦原有的技術(shù)積累和合作伙伴Carl Zeiss等的支持，1987年推出步進(jìn)式設(shè)備PAS 2500/40，該型光刻機(jī)可與當(dāng)時(shí)同類(lèi)最佳機(jī)臺(tái)媲美；1989年推出PAS 5000系統(tǒng)；1991年推出PAS 5500系統(tǒng)。

2000年8月出貨首臺(tái)TWINSCAN AT:700S，這是公司的重大技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)了雙平臺(tái)工作，可同時(shí)處理兩張12寸晶圓，生產(chǎn)效率倍增。

2000年以前的光刻設(shè)備，只有一個(gè)工件臺(tái)，晶圓片的對(duì)準(zhǔn)與刻蝕流程都在上面完成。公司在 2000年推出的TWINSCAN雙工件臺(tái)系統(tǒng)，是光刻機(jī)行業(yè)的一大進(jìn)步。雙工件臺(tái)的出現(xiàn)，使得光刻機(jī)能夠在不改變初始速度和加速度的條件下，當(dāng)一個(gè)工件臺(tái)進(jìn)行晶圓曝光的同時(shí)，另外一個(gè)工件臺(tái)進(jìn)行曝光之前的預(yù)對(duì)準(zhǔn)工作，并在第一時(shí)間得到結(jié)果反饋，生產(chǎn)效率提高大約35%。雙工件臺(tái)系統(tǒng)雖然僅是加一個(gè)工件臺(tái)，但技術(shù)難度卻不容小覷，對(duì)工件臺(tái)轉(zhuǎn)移速度和精度有非常高的要求。如果工件臺(tái)轉(zhuǎn)換速度慢，則影響工作效率；如果工件臺(tái)轉(zhuǎn)換精度不夠，則會(huì)影響后續(xù)的掃描光刻的正常開(kāi)展。ASML的TWINSCAN導(dǎo)軌式雙工作臺(tái)系統(tǒng)采用其獨(dú)家的磁懸浮驅(qū)動(dòng)，使得系統(tǒng)能克服摩擦系數(shù)和阻尼系數(shù)，其加工速度和精度遠(yuǎn)超機(jī)械式和氣浮式工作臺(tái)。今天，ASML更是開(kāi)發(fā)出了無(wú)導(dǎo)軌式的平面編碼磁懸浮工作臺(tái)系統(tǒng)，通過(guò)平面編碼進(jìn)行精確定位，從而進(jìn)一步提高了工作臺(tái)轉(zhuǎn)換精度。

2004年推出首臺(tái)浸液式設(shè)備TWINSCAN XT:1250i，2007年推出首臺(tái)商用浸液式設(shè)備TWINSCAN XT:1900i，加速工藝往前推進(jìn)。

在EUV方面：2010年推出首臺(tái)EUV設(shè)備TWINSCAN NXE:3100系統(tǒng)，與之前的光刻機(jī)相比，能夠使用更短波長(zhǎng)的光，使得客戶(hù)可以制造更小規(guī)格的產(chǎn)品，在同一塊芯片上集成更多的晶體管。2013年推出TWINSCAN NXE:3300B光刻機(jī)，在13.5納米波長(zhǎng)理進(jìn)行光刻，同軸照明解析度提升至22納米，采用離軸照明解析度提升可達(dá)18納米，產(chǎn)率為55wph；2015年推出的TWINSCAN NXE:3350B產(chǎn)率已經(jīng)來(lái)到80wph；到2017年推出TWINSCAN NXE:3400B光刻機(jī)，解析度提升至13納米，產(chǎn)率高達(dá)125wph。為了發(fā)展下一代EUV微影系統(tǒng)，ASML不惜投入巨資，2016年11月以10億美元收購(gòu)Carl Zeiss SMT的24.9%股權(quán)，此外還將投入巨額研發(fā)資金，首先一次性投入是2.44億美元，之后6年將投入6億美元，這次合作預(yù)計(jì)投入將近20億美元，雙方合作的成果就是將推出數(shù)值孔徑（NA）不低于0.5的EUV光刻系統(tǒng)，到時(shí)產(chǎn)率可望達(dá)185wph。

4、外包聯(lián)合開(kāi)發(fā)，構(gòu)建以ASML為核心產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)合體

作為集成電路制造中最精密復(fù)雜、難度最高、價(jià)格最昂貴的設(shè)備，光刻機(jī)所需零部件多達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè)，對(duì)誤差和穩(wěn)定性的要求極高，如此多的零部件和核心技術(shù)，如果由一家公司壟斷難以相信。

ASML從成立開(kāi)始就沒(méi)有做垂直整合，而是實(shí)行輕資產(chǎn)策略。在把控核心技術(shù)（光刻曝光技術(shù)）的同時(shí)，依靠全球產(chǎn)業(yè)鏈分工合作的方式，采取模塊化外包協(xié)同聯(lián)合開(kāi)發(fā)策略。該策略使ASML得以集世界光刻頂級(jí)技術(shù)之大成。如光學(xué)鏡頭部件由德國(guó)Carl Zeiss生產(chǎn)，光源由美國(guó)的Cymer（現(xiàn)ASML子公司）提供，計(jì)量設(shè)備則由美國(guó)的Keysight（Agilent/Hewlett-Packard）制造，傳送帶則來(lái)自荷蘭VDL集團(tuán)。正是有了如此多的各細(xì)分領(lǐng)域中的頂尖供應(yīng)商的協(xié)同創(chuàng)新，公司可以把主要的研發(fā)力量集中在確定客戶(hù)需求和系統(tǒng)整合上，從而迅速占領(lǐng)了世界光刻機(jī)的制高點(diǎn)。

零部件模塊化外包策略在降低了ASML 的研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和資金成本的同時(shí)，也構(gòu)建了以ASML為核心的產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)合體。ASML的研究團(tuán)隊(duì)與供應(yīng)商及全球頂尖的科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)建立廣泛的合作，采用開(kāi)放式創(chuàng)新模式，大家在利己最擅長(zhǎng)的尖端技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新，分享專(zhuān)利成果和研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，合作伙伴也可以將這些技術(shù)用于其他領(lǐng)域。并且鼓勵(lì)供應(yīng)商在制造過(guò)程中提出改進(jìn)意見(jiàn)，具有極高的效率和靈活性。

2012年7月9日，公司宣布一個(gè)“Customer Co-Investment Program”，該計(jì)劃允許其大客戶(hù)對(duì)ASML進(jìn)行少數(shù)股權(quán)投資，并承諾為ASML未來(lái)計(jì)劃的研發(fā)支出作出承諾。該計(jì)劃在2012年10月完成，英特爾、臺(tái)積電、三星總計(jì)以38億歐元的代價(jià)取得23%的股份，并另外出資13.8億歐元支持ASML未來(lái)五年的EUV技術(shù)研發(fā)，助其快速實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，以及獲得EUV設(shè)備的優(yōu)先購(gòu)買(mǎi)權(quán)。也許是由于美國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣三地工程師的天馬行空的想法，EUVV光刻機(jī)得以快速成熟起來(lái)。

5、主動(dòng)出擊，全力拓展新興市場(chǎng)，擴(kuò)大發(fā)展空間

成立之初，ASML的客戶(hù)主要是飛利浦。

由于ASMI創(chuàng)辦人Arthur del Prado的緣故，他認(rèn)為半導(dǎo)體的主戰(zhàn)場(chǎng)就在美國(guó)，所以ASML在成立后的第二年就在位于美國(guó)亞利桑那州的TEMPE設(shè)立據(jù)點(diǎn)，以把握全球最新的半導(dǎo)體技術(shù)動(dòng)態(tài)，1986年產(chǎn)品正式進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)，到1999年美國(guó)占其營(yíng)收的35%。

1987年由于飛利浦在臺(tái)灣合資成立臺(tái)積電，ASML立即跟隨在臺(tái)灣新竹設(shè)立辦事處，1999年臺(tái)灣占其營(yíng)收的24%。

1989年在韓國(guó)設(shè)立辦事處，1990年產(chǎn)品正式進(jìn)入，由于三星、現(xiàn)代和LG紛紛進(jìn)入半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，韓國(guó)市場(chǎng)迅速爆發(fā)，從1995年到1998年就出貨多達(dá)100臺(tái)，1999年韓國(guó)為其貢獻(xiàn)營(yíng)收高達(dá)3億歐元，占其總營(yíng)收的27%。

1999年初，ASML在香港設(shè)立地區(qū)總部，統(tǒng)管亞太業(yè)務(wù)；2000年依靠代理商N(yùn)issei Sangyo首次進(jìn)入日本市場(chǎng)，包括針對(duì)130納米的PAS 5500 / 750E（KrF 248nm）和針對(duì)280納米的PAS 5500 / 400C（業(yè)界首款i-line）。

在中國(guó)大陸，從1988年清華大學(xué)向ASML訂購(gòu)了首臺(tái)PAS 5000光刻機(jī)起，到2004年已經(jīng)向中國(guó)發(fā)貨達(dá)到100臺(tái)。

1998年公司開(kāi)始活躍于俄羅斯市場(chǎng)，2001年設(shè)備正式進(jìn)入俄羅斯，目前以PAS 5500系列為主。

由于ASML對(duì)半導(dǎo)體新興市場(chǎng)的主動(dòng)出擊，公司獲得了極大的發(fā)展。1999年公司營(yíng)收首次突破10億歐元，達(dá)到12億歐元；而2000年時(shí)營(yíng)收更是突破20億歐元大關(guān)，達(dá)到27億歐元；2017年全球營(yíng)收超過(guò)90億元，其中光刻機(jī)營(yíng)收約64億美元。

五、國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的發(fā)展

1、歷史

我國(guó)光刻機(jī)設(shè)備的研制起步也不晚。從1970年代開(kāi)始就先后有清華大學(xué)精密儀器系、中科學(xué)院光電技術(shù)研究所、中電科45所投入研制。

清華大學(xué)精密儀器系是我國(guó)歷史最悠久的工程學(xué)科院系之一，建有“精密測(cè)試技術(shù)與儀器”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。1970年代，研制開(kāi)發(fā)了分步重復(fù)自動(dòng)照相機(jī)、圖形發(fā)生器、光刻機(jī)、電子束曝光機(jī)工件臺(tái)等半導(dǎo)體設(shè)備，其中“分步相機(jī)”應(yīng)用于全國(guó)100多個(gè)廠家，受到好評(píng)。

中科學(xué)院光電技術(shù)研究所是中國(guó)光刻設(shè)備的最早研制機(jī)構(gòu)之一，在1980年研制出首臺(tái)光刻機(jī)，分辨率3μm，屬于接觸/接近式；1991年研制出分辨率1um同步輻射 X-射線光刻機(jī)；1993年研制出g線1.5um的分布重復(fù)投影光刻機(jī)，產(chǎn)率達(dá)32wph；1997年自主研發(fā)完全“0.8-1um分步重復(fù)投影光刻機(jī)”。

中電科45所也是我國(guó)最早從事光刻機(jī)研發(fā)的骨干單位之一。當(dāng)1978年世界上第一臺(tái)量產(chǎn)型g線分步投影光刻機(jī)在美國(guó)問(wèn)世后，45所就投入了分步投影光刻機(jī)的研制工作，1985年研制我國(guó)同類(lèi)型第一臺(tái) g線1.5um分步投影光刻機(jī)，在1994年推出分辨率達(dá)0.8um的分步投影光刻機(jī)，2000年推出分辨率達(dá)0.5um實(shí)用分步投影光刻機(jī)。

2、現(xiàn)狀

2002年國(guó)家在上海組建上海微電子裝備有限公司承擔(dān)“十五”光刻機(jī)攻關(guān)項(xiàng)目時(shí)，中電科45所將從事分步投影光刻機(jī)研發(fā)任務(wù)的團(tuán)隊(duì)整體遷至上海參與其中。目前，我國(guó)從事集成電路前道制造用光刻機(jī)的生產(chǎn)廠商只有上海微電子（SMEE）和中國(guó)電科（CETC）旗下的電科裝備

上海微電子裝備（集團(tuán)）股份有限公司(SMEE)是國(guó)內(nèi)技術(shù)最領(lǐng)先的光刻機(jī)研制生產(chǎn)單位，目前已量產(chǎn)的光刻機(jī)有三款（見(jiàn)下表），其中性能最好的是90nm光刻機(jī)。2016年國(guó)內(nèi)首臺(tái)前道i線掃描光刻機(jī)交付用戶(hù)。2017年4月公司承擔(dān)的國(guó)家02重大科技專(zhuān)項(xiàng)任務(wù)“浸沒(méi)光刻機(jī)關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研項(xiàng)目”通過(guò)了國(guó)家正式驗(yàn)收；10月公司承擔(dān)的02重大科技專(zhuān)項(xiàng)“90nm光刻機(jī)樣機(jī)研制”任務(wù)通過(guò)了02專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施管理辦公室組織的專(zhuān)家組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

電科裝備光刻機(jī)是依托原來(lái)中電科45所的技術(shù)，45所從“六五”開(kāi)始一直從事光刻機(jī)的研制開(kāi)發(fā)工作，先后完成我國(guó)“六五”、“八五”、“九五”期間的1.5微米、0.8微米、0.5微米光刻機(jī)的研制任務(wù)。2002年分步投影光刻機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)遷至上海后，目前公司主要研制生產(chǎn)用于100mm/150mm中小規(guī)模集成電路、二極管、三極管、電力電子器件、MEMS和其它半導(dǎo)體器件制造工藝的單/雙面接觸接近式光刻機(jī)產(chǎn)品。

3、重大突破

曝光系統(tǒng)方面：2017年6月21日，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所牽頭研發(fā)的“極紫外光刻關(guān)鍵技術(shù)”通過(guò)驗(yàn)收。長(zhǎng)春光機(jī)所自1990年代起專(zhuān)注于EUV/X射線成像技術(shù)研究，著重開(kāi)展了EUV光源、超光滑拋光技術(shù)、EUV多層膜及相關(guān)EUV成像技術(shù)研究，形成了極紫外光學(xué)的應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)。2002年，研制國(guó)內(nèi)第一套EUV光刻原理裝置，實(shí)現(xiàn)了EUV光刻的原理性貫通。2008年02專(zhuān)項(xiàng)將EUV光刻技術(shù)列為“32-22nm裝備技術(shù)前瞻性研究”重要攻關(guān)任務(wù)。以長(zhǎng)春光機(jī)所牽頭的項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)八年的潛心鉆研，突破了制約我國(guó)極紫外光刻發(fā)展的超高精度非球面加工與檢測(cè)、極紫外多層膜、投影物鏡系統(tǒng)集成測(cè)試等核心單元技術(shù)，成功研制了波像差優(yōu)于0.75nm RMS 的兩鏡EUV 光刻物鏡系統(tǒng)，構(gòu)建了EUV光刻曝光裝置，國(guó)內(nèi)首次獲得EUV投影光刻32nm線寬的光刻膠曝光圖形，建立了較為完善的曝光光學(xué)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)平臺(tái)。

雙工件臺(tái)系統(tǒng)：北京華卓精科科技股份有限公司（834733）是我國(guó)光刻機(jī)雙工件臺(tái)系統(tǒng)的研發(fā)單位，2015年1月，“45nm浸沒(méi)式光刻機(jī)雙工件臺(tái)系統(tǒng)樣機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)”通過(guò)了詳細(xì)設(shè)計(jì)評(píng)審；2015年4月，“65nmArF干式光刻機(jī)雙工件臺(tái)”通過(guò)整機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)評(píng)審，具備投產(chǎn)條件。目前，65nm光刻機(jī)雙工件臺(tái)已獲得多臺(tái)訂單。接下來(lái)公司要完成28nm及以下節(jié)點(diǎn)浸沒(méi)式光刻機(jī)雙工件臺(tái)產(chǎn)品化開(kāi)發(fā)并具備小批量供貨能力，為國(guó)產(chǎn)浸沒(méi)光刻機(jī)產(chǎn)品化奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。作為世界上第二家掌握雙工件臺(tái)核心技術(shù)的公司，華卓精科成功打破了ASML公司在工件臺(tái)上的技術(shù)壟斷。

中科院光電所研制出來(lái)的SP光刻機(jī)是世界上第一臺(tái)單次成像達(dá)到22納米的光刻機(jī)，結(jié)合多重曝光技術(shù)，可以用于制備10納米工藝。SP光刻機(jī)利用表面等離子體超衍射光學(xué)光刻的原理，能刻出相當(dāng)于光源波長(zhǎng)十分之一甚至二十分之一分辨率的產(chǎn)品。

曝光系統(tǒng)和雙工件臺(tái)系統(tǒng)的成功，為我國(guó)高端光刻機(jī)的研發(fā)生產(chǎn)提供了奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。SP光刻機(jī)的研發(fā)成功，給我國(guó)光刻機(jī)裝備的追趕帶來(lái)了曙光。

六、如何看我國(guó)半導(dǎo)體裝備業(yè)的發(fā)展

02重大專(zhuān)項(xiàng)以培育真正可用產(chǎn)品、做大做強(qiáng)企業(yè)為目標(biāo)，實(shí)施的“下游考核上游，整機(jī)考核部件，應(yīng)用考核技術(shù)，市場(chǎng)考核產(chǎn)品”考核制，保證了科研成果的實(shí)用性，成就了一大批經(jīng)得起市場(chǎng)檢驗(yàn)的高端產(chǎn)品。電科裝備的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備（CMP）、上海微電子的光刻機(jī)、北方華創(chuàng)的刻蝕機(jī)和CVD、盛美的清洗設(shè)備、中微的刻蝕機(jī)等都是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的，很多產(chǎn)品已經(jīng)走出國(guó)門(mén)，或者與國(guó)外裝備同步驗(yàn)證。

客觀地講，這些都是最近幾年中國(guó)半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)的亮點(diǎn)。當(dāng)然這些成績(jī)也只是國(guó)產(chǎn)裝備的初步發(fā)展，要真正做到國(guó)產(chǎn)高端裝備全面進(jìn)入市場(chǎng)還有很長(zhǎng)的路要走。

首先，裝備與工藝的結(jié)合問(wèn)題，一直是制約國(guó)產(chǎn)裝備進(jìn)入大生產(chǎn)線的主要瓶頸之一。國(guó)際半導(dǎo)體裝備廠商，特別是關(guān)鍵的、與工藝密切相關(guān)的前道設(shè)備廠商在工藝研發(fā)上投入巨大，一般都建有相應(yīng)的工藝研發(fā)生產(chǎn)線。而目前國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體裝備廠商還沒(méi)有建立自己的工藝研發(fā)生產(chǎn)線。工藝固化到裝備中，我們還有不小的距離。

第二，堅(jiān)持自主研發(fā)，從零部件入手，掌控核心技術(shù)。國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備與工藝的重視，對(duì)國(guó)產(chǎn)裝備業(yè)來(lái)說(shuō)是莫大的發(fā)展機(jī)會(huì)。我國(guó)不僅要支持關(guān)鍵裝備的研發(fā)生產(chǎn)，也要支持相關(guān)重要零部件廠商。

第三，協(xié)同創(chuàng)新，成果共享。目前半導(dǎo)體裝備越來(lái)越復(fù)雜，一家公司獨(dú)自承擔(dān)所有零部件的開(kāi)發(fā)確實(shí)不易。我們應(yīng)該利用整個(gè)國(guó)家、甚至于全球的資源來(lái)共同完成。

正如02重大專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)總師葉甜春所說(shuō)，發(fā)展裝備業(yè)，要采取產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、金融鏈有效協(xié)同的新模式，專(zhuān)項(xiàng)與重點(diǎn)區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃協(xié)同布局，主動(dòng)引導(dǎo)地方和社會(huì)的產(chǎn)業(yè)投資跟進(jìn)支持，有效推動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)成果產(chǎn)業(yè)化，扶植企業(yè)做大做強(qiáng)，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，提高整體產(chǎn)業(yè)實(shí)力。

衷心希望有更多的社會(huì)資本能投入中國(guó)半導(dǎo)體裝備業(yè)中。半導(dǎo)體裝備的國(guó)產(chǎn)化遠(yuǎn)比芯片國(guó)產(chǎn)化有意義！