光刻機的發展

 荷蘭阿斯麥公司 ASML，是地球上唯一生產銷售EUV 極紫外光光刻機的公司。美國政府立令禁止其出售EUV機給中國，荷蘭政府和阿斯麥則拒絕了美國發出停售DUV機給中國的要求。

半導體晶片的光刻生產技術，在六十年代已經開始用於生產线上。隨著集成電路的微形化，當初芯片生產商自行製作光刻工具已變得不可能。八十年代，日本主導了光刻機的供應。當光刻機採用了ArF氟化氬激光後，面對光刻解像度無法再縮小（提高芯片密度）的瓶頸。台積電的林本堅提出浸潤式的光刻技術，原理是利用光在液體內的折射率來提高光刻密度，稱為浸潤式的DUV技術 Immersion DUV。阿斯麥ASML率先嘗試，终成功。

另一邊廂，Intel則提出了EUV 的理念，並聯同Motorola， AMD， IBM 及三個美國國家實驗室在1997年成立EUV LCC 聯盟，共同出錢出力研發EUV相關設備，當時的目標還是40nm（納米）呢。ArF激光的波長193nm，EUV的波長是13.5nm，不到ArF的十分一，這激光真夠銳利。由于當時光刻機的市場日本尼康Nikon 佔了45%-50%，日本佳能Canon佔25%，於是美國人提出了靈魂一問：“誰是我們？” (Who is Us?)，結果當然是出了個“他們不是我們” （ They Are Not Us ）的答卷。尼康和佳能被拒止於EUV LCC門外。阿斯麥提出在美國建立工廠和研發中心，成功加入聯盟。後來Intel 更入股阿斯麥。最後發展出ASML獨家生產的局面，還有美國政府對EUV機銷售的管控及對DUV的無能為力。

光刻機是一台超精密的機器，擁有它並不能讓你馬上可以生產芯片。你需要芯片設計與光刻機匹配的軟件、也需要搞定光刻每個半導體單元的工藝等制程。台積電、三星、英特爾的制程都是各自研發和保密的。台積電便是全球首家成功開發出穩定的3纳米制程的公司。

目前光刻機產品按光源分類可分為五大類：

1. EUV  13.5nm

2. ArF Immersion 浸潤  DUV 193nm

3. ArF Dry 乾式 DUV. 193nm

4. KrF  DUV.  248nm

5. i line  UV  365nm

EUV光刻機採用的光源波長13.5納米，為何可以生產出3、5、7納米的芯片？那是因為光刻機內有個巨大的鏡頭，採用多層反射鏡及鏡片的。目前阿斯麥EUV光刻機用的是德國蔡司做的鏡頭。至於激光光源是由美國加州Cymer公司研發生產，阿斯麥在2013年併購了該公司。

從2015年至今以光刻機數量計算，阿斯麥按年佔59%-64%的市場份額，佳能佔23%-30%，尼康約為7%-14%。由於EUV光刻機的開發需要龐大资金、人材和長期的研發，令日本两家企業無法獨自完成。佳能直接放棄，所以佳能目前主要供應KrF和 i light兩類光刻機，價格低但需求可觀。尼康供應除EUV 外所有類別的光刻機，但產量少。日本兩家企業把精力放在面板市場上去，畢竟中日韓就是全球平板顯示屏的研發和生產中心（即手機、電腦、電視等屏幕）。佳能和尼康在平板屏的FPD蒸鍍和曝光機市場平分秋色。

雖然沒法購買EUV機，中國已超越美國成為阿斯麥第三大市場。日本佳能和尼康均稱中國芯片光刻市場佔他們的生意五成是他們最大的市場。據阿斯麥的年報資料分析，2022年上半年EUV机的平均售價為€1.7億歐元，浸潤性DUV機均價是€6千萬，i line 則只需€4.4百萬；差距很大。

上海微電子装備集團股份有限公司，簡稱上海微電子SMEE，是我國唯一生產光刻機的企業。最高解像度的ArF 乾式光刻機是90納米。上海微電子的主力產品是800、1000、1500、2000納米的光刻機。這類型的光刻機滿足led燈及功率器件的芯片生產需要。例如電動車、電磁爐、充電器等就有需要。高密度的7nm芯片是為滿足CPU、GPU芯片的要求。上海微電子的後工序光刻機及檢測設備的銷量較大。

與阿斯麥相同的是上海微電子亦是光刻機的系統的集成者，其成功的背後必須有各種光刻機相關的部件組件供應。目前北京科益虹源已開發出ArF激光光源；江蘇南大光電亦開發出ArF光刻膠，國產的配套正在搶時間，估計國產新一代光刻機將會是28納米DUV。上海微電子、科益虹源等都不是上市公司，投資者目前仍未能参與進去。南大光電（300346.SZ)生產半導體工業多種材料，吸引了投資者的關注。另外，光刻膠是生產芯片的耗產，國産光刻膠替代進口，成為炒作概念。

參考: 
https://escholarship.org/content/qt2b8155q0/qt2b8155q0_noSplash_65e4d3c7b90dafb87401616eb50de282.pdf