全球光刻机市场，ASML遥遥领先

公众号新闻

2023-02-22 01:02

来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）转载自公众号芯思想，作者：赵元闯，谢谢。

一、光刻机出货情况

2022年，前三大ASML、Nikon、Canon的集成电路用光刻机出货达超过500台，达到551台，较2021年的478台增加73台，涨幅为15%。

从EUV、ArFi、ArF三个高端机型的出货来看，2022年共出货157台，较2021年的152台增长3%+。其中ASML出货149台，较2021年增加4台，占有95%的市场；Nikon出货8台，占有5%的市场。双方的市占率维持平衡。

EUV方面还是ASML独占鳌头，市占率100%；ArFi方面ASML市占率高达95%+；ArF方面ASML占有87%+的市场份额；KrF方面ASML也是占据72%+的市场份额；在i线方面ASML也有23%+的市场份额。

2022年各季度出货量分别为95台、139台、144台、173台，相较2021年各季度，只有第一季出货量有所下降，其他三个季度有所增长，且第三季、第四季连续创下出货量的新高。

二、ASML

1、出货情况

2022年ASML光刻机营收约161亿美元，较2021年131亿成长23%。

2022年ASML共出货345台光刻机，较2021年309年增加36台，增长12%。其中EUV光刻机出货40台，较2021年减少2台；ArFi光刻机出货81台，和2021持平；ArF光刻机出货28台，较2021年增加6台；KrF光刻机出货151台，较2021年增加20台；i-line光刻机出货45台，和2021年增加12台。

2022年ASML的EUV光刻机营收占光刻机整体收入的44%，2022年单台EUV平均售价超过1.7亿欧元(约11亿元)，较2021年单台平均售价增长15%。这主要是由于2022年公司主要是销售TWINSCAN NXE: 3600D，相较TWINSCAN NXE: 3400C价格更高

从2011年出售第一台EUV机台以来，截止2022年第四季出货达183台。2022年EUV光刻机共加工晶圆超过4000万片。

2022年来自中国大陆的光刻机收入约21.6亿欧元，相较2021年是21.8亿欧元，但是占比2022年来自中国大陆的光刻机收入的占比比2021年减少2个百分点。

2、ASML的EUV光刻机新进展

从2018年以来，ASML一是在加速EUV技术导入量产；二是扩大EUV生产规模，从2018年的22台增加到2021年的42台，2022年逾50台，2023年生产台数将进一步增加；三是实验以0.55 NA取代目前的0.33 NA，具有更高NA的EUV微影系统能将EUV光源投射到较大角度的晶圆，从而提高分辨率，并且实现更小的特征尺寸。

0.33 NA

目前主力出货的TWINSCAN NXE: 3600D套刻精度为1.1nm，曝光速度30 mJ/cm2，每小时曝光160片晶圆，年产量为140万片。据悉，NXE:3600D能达到93%的可用性，2023年有望达到进DUV光刻机95%的可用性。

从2017年第二季出货第一台量产机型TWINSCAN NXE: 3400B至今，包括NXE: 3400B、NXE: 3400C和NXE: 3600D累计出货超过150台。

根据ASML EUV光刻机路线图显示，预计2023年出货的NXE:3800E最初将以30mJ/cm²的速度提供大过每小时195片的产能，并在吞吐量升级后达到每小时220片，同时在像差、重叠和吞吐量方面进行渐进式光学改进；预计2025年出货的NXE:4000F，套刻精度为0.8nm，吞吐量每小时220片。

图片脚注1/2/3表明，初始晶圆每小时规格可能从 20mJ/cm2(250W) 开始，随后到 30mJ/cm2(500W)，更有可能是60mJ/cm2(500W)

0.55NA

在提升0.33 NA产能的同时，也在加快0.55 NA的研发进度。0.55 NA 的平台名为EXE，具有新颖的光学设计和更快的处理速度。EXE平台被设计为支持多个未来节点，从2纳米逻辑节点开始，然后是类似密度的内存节点。

EUV光刻机路线图显示，2023年将推出0.55 NA的EXE:5000研发机型，套刻精度为1.1nm，可用于1纳米生产。按照业界当前的情况推测，真正量产机型EXE:5200B出货可能要等到2024年。英特尔位于亚利桑娜州的D1X P3已经在今年启用，新的洁净室在等着2024年安装EXE:5200B，2025年投产Intel 20工艺。

2022年SPIE先进光刻大会传出消息，ASML在其位于Veldhoven的新洁净室中已经开始集成第一个0.55 NA EUV设备，原型机有望在2023年上半年完成；同时正在与IMEC建立一个原型机测试工厂，将在其中建造0.55 NA系统，连接到涂层和开发轨道，配备计量设备，并建立与0.55 NA工具开发相伴的基础设施，包括变形成像、新掩膜技术、计量、抗蚀剂筛选和薄膜图案化材料开发等，并准备最早在2025年使用生产模型，在2026年实现大批量生产。

当然，光刻机作为一个由来自全球近800家供货商的数十万个零件组成的“庞然巨物”，仅靠ASML一家努力是远远不够的，其他和光刻机有关的厂商也已全力以赴，一切都在按计划进行。

镜头的研发进度肯定影响新机型的出货时间。蔡司为0.55 NA推出形变镜头，新的镜头系统在x方向上放大4倍，在y方向上放大8倍，使得曝光光场减半，由原来858mm²（26mm ×33mm）缩小为429 mm²（26mm ×16.5mm）。为了不影响单位生产率，必须通过实现2倍曝光扫描速度来解决因为0.55 NA光刻机系统所带来的2倍的曝光次数。

光源方面，ASML圣地亚哥实验室已经实现了超过500W的光源功率，从经验来看，研究开发达到生产需要约2年的时间，2024年实现生产应该没有问题。500W可以允许0.55 NA半场成像光刻机上在60mJ/cm²曝光能量条件下，吞吐量达到每小时150片的生产效率。

EUV光刻胶方面，化学放大光刻胶(chemically-amplified resists，CAR) 和金属氧化物光刻胶（metal-oxide resists）还处于推进阶段，优化参数仍在评估中，包括剂量敏感性、粘度、涂层均匀性与厚度、可实现的分辨率以及对曝光时材料内光子/离子/电子相互作用。

当然还有一个成本问题。目前出货的0.33 NA光刻机售价约在10亿元到15亿元之间，那么未来0.55 NA光刻机售价多少合适，估计将翻倍，约在20亿元到30亿元之间。但是，0.55 NA EUV能够减少晶圆厂的生产周期，因为单次0.55 NA EUV所需的总处理时间将少于多次通过0.33 NA EUV的总处理时间，生产周期缩短意味着提高了产能；另一方面，也提高了芯片设计的灵活性，可以缩短芯片设计周期。

不过目前看来，客户下单还是挺积极，台积电、英特尔、三星电子和SK海力士都订购了0.55 NA光刻机。

未来Hyper-NA (0.7/0.75NA)

2022年SPIE先进光刻大会上，英特尔的Mark Phillips预测，未来High-NA也许是0.7 NA。就是不知道代价有多大。

ASML日前在2022年度财报中表示，2030年之后，将有望实现NA高于0.7(Hyper-NA)的EUV光刻机，但一切都取决于成本。

ASML正在继续努力控制当前0.33 NA EUV以及High-NA和 Hyper-NA的成本，以确保微缩的需求仍然强劲。

Hyper-NA EUV光刻机正在走来的路上。

三、Canon

1、出货情况

2022年，Canon光刻机营收约为20亿美元。

2022年，Canon的半导体用光刻机还是i-line、KrF两类机台出货，光刻机出货量达176台，较2021年出货增加36台，增幅25%；其中i-line机台是出货的主力，出货125台。佳能表示，得益于半导体光刻机在电力及传感器等广阔领域的应用持续坚挺，生产能力得到最大限度的提升，因此销售台数同比实现上涨。

2022年，Canon面板（FPD）用光刻机出货51台，较2021年出货量减少16台。

佳能表示2023年要新建光刻机工厂，产能要提升两倍；同时押注NIL技术，尽快实现5nm精度。

2、佳能的纳米压印技术发展

1995年，普林斯顿大学的华人科学家周郁（Stephen Chou）教授首次提出纳米压印（Nanoimprint Lithography，NIL）概念，从此揭开了纳米压印制造技术的研究序幕。

由于纳米压印技术的加工过程不使用可见光或紫外光加工图案，而是使用机械手段进行图案转移（相当于光学曝光技术中的曝光和显影工艺过程），然后利用刻蚀传递工艺将结构转移到其他任何材料上，这种方法能达到很高的分辨率。报道的最高分辨率可达2纳米。此外，模板可以反复使用，无疑大大降低了加工成本，也有效缩短了加工时间。

纳米压印技术将现代微电子加工工艺融合于印刷技术中，克服了光学曝光技术中光衍射现象造成的分辨率极限问题，展示了超高分辨率、高效率、低成本、适合工业化生产的独特优势，从发明至今，一直受到学术界和产业界的高度重视。

经过年30年的研究，纳米压印技术已经在许多方面有了新进展。最初的纳米压印技术是使用热固性材料作为转印介质填充在模板与待加工材料之间，转移时需要加高压并加热来使其固化。后来人们使用光刻胶代替热固性材料，采用注入式代替压印式加工，避免了高压和加热对加工器件的损坏，也有效防止了气泡对加工精度的影响。

而模板的选择也更加多样化。原来的刚性模板虽然能获得较高的加工精度，但仅能应用于平面加工。研究者们提出了使用弹性模量较高的PDMS作为模板材料，开发了软压印技术。这种柔性材料制成的模板能够贴合不同形貌的表面，使得加工不再局限于平面，对颗粒、褶皱等影响加工质量的因素也有了更好的容忍度。

佳能（Canon）从2004年开始一直秘密研发纳米压印技术；直到2014年收购美国从事纳米压印基础技术研发的Molecular Imprints公司（现Canon Nanotechnologies公司）才公开。

最新的纳米压印（NIL）的参数指标不错，套刻精度为2.4nm/3.2nm，每小时可曝光超过100片晶圆。

据悉，纳米压印（NIL）已经达到3D NAND的要求，2017年7月日本3D NAND大厂铠侠（Kioxia，原东芝存储部门）已经开始使用此设备。在3D NAND之外也可以满足1Anm DRAM的生产需求。

佳能和大日本印刷（DNP）、铠侠合作，在技术研发中NIL已经可以处理高达5nm的电路线宽。大日本印刷通过模拟测试发现，在形成电路过程中每个晶圆的功耗仅为使用EUV光刻的十分之一左右。

四、Nikon

2022年度，Nikon光刻机业务营收约15亿美元。

2022年度，Nikon集成电路用光刻机出货30台，较2021年减少5台。其中ArFi光刻机出货4台，和2021年持平；ArF光刻机出货4台，较2021年度增加1台；KrF光刻机出货7台，较2021年度增加2台；i-line光刻机出货15台，较2021年度减少8台。

2022年度，Nikon全新机台出货14台，翻新机台出货16台。

2022年，Nikon面板（FPD）用光刻机出货28台，较2021年大减40%。其中10.5代线用光刻机出货5台。

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