2022年度全球光刻機(jī)市場(chǎng)

行業(yè)資訊|Industry News|

2023-02-21 09:42:22 813

一、光刻機(jī)出貨情況

2022年，前三大ASML、Nikon、Canon的集成電路用光刻機(jī)出貨達(dá)超過(guò)500臺(tái)，達(dá)到551臺(tái)，較2021年的478臺(tái)增加73臺(tái)，漲幅為15%。

從EUV、ArFi、ArF三個(gè)高端機(jī)型的出貨來(lái)看，2022年共出貨157臺(tái)，較2021年的152臺(tái)增長(zhǎng)3%+。其中ASML出貨149臺(tái)，較2021年增加4臺(tái)，占有95%的市場(chǎng)；Nikon出貨8臺(tái)，占有5%的市場(chǎng)。雙方的市占率維持平衡。

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

2022年各季度出貨量分別為95臺(tái)、139臺(tái)、144臺(tái)、173臺(tái)，相較2021年各季度，只有*季出貨量有所下降，其他三個(gè)季度有所增長(zhǎng)，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(jī)營(yíng)收約161億美元，較2021年131億成長(zhǎng)23%。

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

2022年ASML的EUV光刻機(jī)營(yíng)收占光刻機(jī)整體收入的44%，2022年單臺(tái)EUV平均售價(jià)超過(guò)1.7億歐元(約11億元)，較2021年單臺(tái)平均售價(jià)增長(zhǎng)15%。這主要是由于2022年公司主要是銷(xiāo)售TWINSCAN NXE: 3600D，相較TWINSCAN NXE: 3400C價(jià)格更高

從2011年出售*臺(tái)EUV機(jī)臺(tái)以來(lái)，截止2022年第四季出貨達(dá)183臺(tái)。2022年EUV光刻機(jī)共加工晶圓超過(guò)4000萬(wàn)片。

2022年來(lái)自中國(guó)大陸的光刻機(jī)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(lái)自中國(guó)大陸的光刻機(jī)收入的占比比2021年減少2個(gè)百分點(diǎn)。

2、ASML的EUV光刻機(jī)新進(jìn)展

從2018年以來(lái)，ASML一是在加速EUV技術(shù)導(dǎo)入量產(chǎn)；二是擴(kuò)大EUV生產(chǎn)規(guī)模，從2018年的22臺(tái)增加到2021年的42臺(tái)，2022年逾50臺(tái)，2023年生產(chǎn)臺(tái)數(shù)將進(jìn)一步增加；三是實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)曝光160片晶圓，年產(chǎn)量為140萬(wàn)片。據(jù)悉，NXE:3600D能達(dá)到93%的可用性，2023年有望達(dá)到進(jìn)DUV光刻機(jī)95%的可用性。

從2017年第二季出貨*臺(tái)量產(chǎn)機(jī)型TWINSCAN NXE: 3400B至今，包括NXE: 3400B、NXE: 3400C和NXE: 3600D累計(jì)出貨超過(guò)150臺(tái)。

根據(jù)ASML EUV光刻機(jī)路線圖顯示，預(yù)計(jì)2023年出貨的NXE:3800E最初將以30mJ/cm2的速度提供大過(guò)每小時(shí)195片的產(chǎn)能，并在吞吐量升級(jí)后達(dá)到每小時(shí)220片，同時(shí)在像差、重疊和吞吐量方面進(jìn)行漸進(jìn)式光學(xué)改進(jìn)；預(yù)計(jì)2025年出貨的NXE:4000F，套刻精度為0.8nm，吞吐量每小時(shí)220片。

圖片腳注1/2/3表明，初始晶圓每小時(shí)規(guī)格可能從 20mJ/cm2(250W) 開(kāi)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(shí)，也在加快0.55 NA的研發(fā)進(jìn)度。0.55 NA 的平臺(tái)名為EXE，具有新穎的光學(xué)設(shè)計(jì)和更快的處理速度。EXE平臺(tái)被設(shè)計(jì)為支持多個(gè)未來(lái)節(jié)點(diǎn)，從2納米邏輯節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，然后是類(lèi)似密度的內(nèi)存節(jié)點(diǎn)。

EUV光刻機(jī)路線圖顯示，2023年將推出0.55 NA的EXE:5000研發(fā)機(jī)型，套刻精度為1.1nm，可用于1納米生產(chǎn)。按照業(yè)界當(dāng)前的情況推測(cè)，真正量產(chǎn)機(jī)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(jìn)光刻大會(huì)傳出消息，ASML在其位于Veldhoven的新潔凈室中已經(jīng)開(kāi)始集成*個(gè)0.55 NA EUV設(shè)備，原型機(jī)有望在2023年上半年完成；同時(shí)正在與IMEC建立一個(gè)原型機(jī)測(cè)試工廠，將在其中建造0.55 NA系統(tǒng)，連接到涂層和開(kāi)發(fā)軌道，配備計(jì)量設(shè)備，并建立與0.55 NA工具開(kāi)發(fā)相伴的基礎(chǔ)設(shè)施，包括變形成像、新掩膜技術(shù)、計(jì)量、抗蝕劑篩選和薄膜圖案化材料開(kāi)發(fā)等，并準(zhǔn)備最早在2025年使用生產(chǎn)模型，在2026年實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。

當(dāng)然，光刻機(jī)作為一個(gè)由來(lái)自全球近800家供貨商的數(shù)十萬(wàn)個(gè)零件組成的“龐然巨物”，僅靠ASML一家努力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，其他和光刻機(jī)有關(guān)的廠商也已全力以赴，一切都在按計(jì)劃進(jìn)行。

鏡頭的研發(fā)進(jìn)度肯定影響新機(jī)型的出貨時(shí)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(chǎng)減半，由原來(lái)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(guò)實(shí)現(xiàn)2倍曝光掃描速度來(lái)解決因?yàn)?.55 NA光刻機(jī)系統(tǒng)所帶來(lái)的2倍的曝光次數(shù)。

光源方面，ASML圣地亞哥實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過(guò)500W的光源功率，從經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，研究開(kāi)發(fā)達(dá)到生產(chǎn)需要約2年的時(shí)間，2024年實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題。500W可以允許0.55 NA半場(chǎng)成像光刻機(jī)上在60mJ/cm2曝光能量條件下，吞吐量達(dá)到每小時(shí)150片的生產(chǎn)效率。

EUV光刻膠方面，化學(xué)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(jìn)階段，優(yōu)化參數(shù)仍在評(píng)估中，包括劑量敏感性、粘度、涂層均勻性與厚度、可實(shí)現(xiàn)的分辨率以及對(duì)曝光時(shí)材料內(nèi)光子/離子/電子相互作用。

當(dāng)然還有一個(gè)成本問(wèn)題。目前出貨的0.33 NA光刻機(jī)售價(jià)約在10億元到15億元之間，那么未來(lái)0.55 NA光刻機(jī)售價(jià)多少合適，估計(jì)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?yàn)閱未?.55 NA EUV所需的總處理時(shí)間將少于多次通過(guò)0.33 NA EUV的總處理時(shí)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(shè)計(jì)的靈活性，可以縮短芯片設(shè)計(jì)周期。

不過(guò)目前看來(lái)，客戶(hù)下單還是挺積極，臺(tái)積電、英特爾、三星電子和SK海力士都訂購(gòu)了0.55 NA光刻機(jī)。

未來(lái)Hyper-NA (0.7/0.75NA)

2022年SPIE先進(jìn)光刻大會(huì)上，英特爾的Mark Phillips預(yù)測(cè)，未來(lái)High-NA也許是0.7 NA。就是不知道代價(jià)有多大。

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

ASML正在繼續(xù)努力控制當(dāng)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(qiáng)勁。

Hyper-NA EUV光刻機(jī)正在走來(lái)的路上。

三、Canon

1、出貨情況

2022年，Canon光刻機(jī)營(yíng)收約為20億美元。

2022年，Canon的半導(dǎo)體用光刻機(jī)還是i-line、KrF兩類(lèi)機(jī)臺(tái)出貨，光刻機(jī)出貨量達(dá)176臺(tái)，較2021年出貨增加36臺(tái)，增幅25%；其中i-line機(jī)臺(tái)是出貨的主力，出貨125臺(tái)。佳能表示，得益于半導(dǎo)體光刻機(jī)在電力及傳感器等廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)堅(jiān)挺，生產(chǎn)能力得到最大限度的提升，因此銷(xiāo)售臺(tái)數(shù)同比實(shí)現(xiàn)上漲。

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

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

2、佳能的納米壓印技術(shù)發(fā)展

1995年，普林斯頓大學(xué)的華人科學(xué)家周郁（Stephen Chou）教授*提出納米壓印（Nanoimprint Lithography，NIL）概念，從此揭開(kāi)了納米壓印制造技術(shù)的研究序幕。

由于納米壓印技術(shù)的加工過(guò)程不使用可見(jiàn)光或紫外光加工圖案，而是使用機(jī)械手段進(jìn)行圖案轉(zhuǎn)移（相當(dāng)于光學(xué)曝光技術(shù)中的曝光和顯影工藝過(guò)程），然后利用刻蝕傳遞工藝將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到其他任何材料上，這種方法能達(dá)到很高的分辨率。報(bào)道的最高分辨率可達(dá)2納米。此外，模板可以反復(fù)使用，無(wú)疑大大降低了加工成本，也有效縮短了加工時(shí)間。

納米壓印技術(shù)將現(xiàn)代微電子加工工藝融合于印刷技術(shù)中，克服了光學(xué)曝光技術(shù)中光衍射現(xiàn)象造成的分辨率極限問(wèn)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(dú)特優(yōu)勢(shì)，從發(fā)明至今，一直受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度重視。

經(jīng)過(guò)年30年的研究，納米壓印技術(shù)已經(jīng)在許多方面有了新進(jìn)展。最初的納米壓印技術(shù)是使用熱固性材料作為轉(zhuǎn)印介質(zhì)填充在模板與待加工材料之間，轉(zhuǎn)移時(shí)需要加高壓并加熱來(lái)使其固化。后來(lái)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(duì)加工器件的損壞，也有效防止了氣泡對(duì)加工精度的影響。

而模板的選擇也更加多樣化。原來(lái)的剛性模板雖然能獲得較高的加工精度，但僅能應(yīng)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(kāi)發(fā)了軟壓印技術(shù)。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(duì)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(kāi)始一直秘密研發(fā)納米壓印技術(shù)；直到2014年收購(gòu)美國(guó)從事納米壓印基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)的Molecular Imprints公司（現(xiàn)Canon Nanotechnologies公司）才公開(kāi)。

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

據(jù)悉，納米壓?。∟IL）已經(jīng)達(dá)到3D NAND的要求，2017年7月日本3D NAND大廠鎧俠（Kioxia，原東芝存儲(chǔ)部門(mén)）已經(jīng)開(kāi)始使用此設(shè)備。在3D NAND之外也可以滿(mǎn)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(shù)研發(fā)中NIL已經(jīng)可以處理高達(dá)5nm的電路線寬。大日本印刷通過(guò)模擬測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在形成電路過(guò)程中每個(gè)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(jī)業(yè)務(wù)營(yíng)收約15億美元。

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

2022年度，Nikon全新機(jī)臺(tái)出貨14臺(tái)，翻新機(jī)臺(tái)出貨16臺(tái)。

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

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