2022年度全球光刻機市場

行業資訊|Industry News|

2023-02-21 09:42:22 805

一、光刻機出貨情況

2022年，前三大ASML、Nikon、Canon的集成電路用光刻機出貨達超過500臺，達到551臺，較2021年的478臺增加73臺，漲幅為15%。

從EUV、ArFi、ArF三個高端機型的出貨來看，2022年共出貨157臺，較2021年的152臺增長3%+。其中ASML出貨149臺，較2021年增加4臺，占有95%的市場；Nikon出貨8臺，占有5%的市場。雙方的市占率維持平衡。

EUV方面還是ASML獨占鰲頭，市占率100%；ArFi方面ASML市占率高達95%+；ArF方面ASML占有87%+的市場份額；KrF方面ASML也是占據72%+的市場份額；在i線方面ASML也有23%+的市場份額。

2022年各季度出貨量分別為95臺、139臺、144臺、173臺，相較2021年各季度，只有*季出貨量有所下降，其他三個季度有所增長，且第三季、第四季連續創下出貨量的新高。

二、ASML

1、出貨情況

2022年ASML光刻機營收約161億美元，較2021年131億成長23%。

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

2022年ASML的EUV光刻機營收占光刻機整體收入的44%，2022年單臺EUV平均售價超過1.7億歐元(約11億元)，較2021年單臺平均售價增長15%。這主要是由于2022年公司主要是銷售TWINSCAN NXE: 3600D，相較TWINSCAN NXE: 3400C價格更高

從2011年出售*臺EUV機臺以來，截止2022年第四季出貨達183臺。2022年EUV光刻機共加工晶圓超過4000萬片。

2022年來自中國大陸的光刻機收入約21.6億歐元，相較2021年是21.8億歐元，但是占比2022年來自中國大陸的光刻機收入的占比比2021年減少2個百分點。

2、ASML的EUV光刻機新進展

從2018年以來，ASML一是在加速EUV技術導入量產；二是擴大EUV生產規模，從2018年的22臺增加到2021年的42臺，2022年逾50臺，2023年生產臺數將進一步增加；三是實驗以0.55 NA取代目前的0.33 NA，具有更高NA的EUV微影系統能將EUV光源投射到較大角度的晶圓，從而提高分辨率，并且實現更小的特征尺寸。

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，每小時曝光160片晶圓，年產量為140萬片。據悉，NXE:3600D能達到93%的可用性，2023年有望達到進DUV光刻機95%的可用性。

從2017年第二季出貨*臺量產機型TWINSCAN NXE: 3400B至今，包括NXE: 3400B、NXE: 3400C和NXE: 3600D累計出貨超過150臺。

根據ASML EUV光刻機路線圖顯示，預計2023年出貨的NXE:3800E最初將以30mJ/cm2的速度提供大過每小時195片的產能，并在吞吐量升級后達到每小時220片，同時在像差、重疊和吞吐量方面進行漸進式光學改進；預計2025年出貨的NXE:4000F，套刻精度為0.8nm，吞吐量每小時220片。

圖片腳注1/2/3表明，初始晶圓每小時規格可能從 20mJ/cm2(250W) 開始，隨后到 30mJ/cm2(500W)，更有可能是60mJ/cm2(500W)

0.55NA

在提升0.33 NA產能的同時，也在加快0.55 NA的研發進度。0.55 NA 的平臺名為EXE，具有新穎的光學設計和更快的處理速度。EXE平臺被設計為支持多個未來節點，從2納米邏輯節點開始，然后是類似密度的內存節點。

EUV光刻機路線圖顯示，2023年將推出0.55 NA的EXE:5000研發機型，套刻精度為1.1nm，可用于1納米生產。按照業界當前的情況推測，真正量產機型EXE:5200B出貨可能要等到2024年。英特爾位于亞利桑娜州的D1X P3已經在今年啟用，新的潔凈室在等著2024年安裝EXE:5200B，2025年投產Intel 20工藝。

2022年SPIE先進光刻大會傳出消息，ASML在其位于Veldhoven的新潔凈室中已經開始集成*個0.55 NA EUV設備，原型機有望在2023年上半年完成；同時正在與IMEC建立一個原型機測試工廠，將在其中建造0.55 NA系統，連接到涂層和開發軌道，配備計量設備，并建立與0.55 NA工具開發相伴的基礎設施，包括變形成像、新掩膜技術、計量、抗蝕劑篩選和薄膜圖案化材料開發等，并準備最早在2025年使用生產模型，在2026年實現大批量生產。

當然，光刻機作為一個由來自全球近800家供貨商的數十萬個零件組成的“龐然巨物”，僅靠ASML一家努力是遠遠不夠的，其他和光刻機有關的廠商也已全力以赴，一切都在按計劃進行。

鏡頭的研發進度肯定影響新機型的出貨時間。蔡司為0.55 NA推出形變鏡頭，新的鏡頭系統在x方向上放大4倍，在y方向上放大8倍，使得曝光光場減半，由原來858mm2（26mm ×33mm）縮小為429 mm2（26mm ×16.5mm）。為了不影響單位生產率，必須通過實現2倍曝光掃描速度來解決因為0.55 NA光刻機系統所帶來的2倍的曝光次數。

光源方面，ASML圣地亞哥實驗室已經實現了超過500W的光源功率，從經驗來看，研究開發達到生產需要約2年的時間，2024年實現生產應該沒有問題。500W可以允許0.55 NA半場成像光刻機上在60mJ/cm2曝光能量條件下，吞吐量達到每小時150片的生產效率。

EUV光刻膠方面，化學放大光刻膠(chemically-amplified resists，CAR) 和金屬氧化物光刻膠（metal-oxide resists）還處于推進階段，優化參數仍在評估中，包括劑量敏感性、粘度、涂層均勻性與厚度、可實現的分辨率以及對曝光時材料內光子/離子/電子相互作用。

當然還有一個成本問題。目前出貨的0.33 NA光刻機售價約在10億元到15億元之間，那么未來0.55 NA光刻機售價多少合適，估計將翻倍，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周期，因為單次0.55 NA EUV所需的總處理時間將少于多次通過0.33 NA EUV的總處理時間，生產周期縮短意味著提高了產能；另一方面，也提高了芯片設計的靈活性，可以縮短芯片設計周期。

不過目前看來，客戶下單還是挺積極，臺積電、英特爾、三星電子和SK海力士都訂購了0.55 NA光刻機。

未來Hyper-NA (0.7/0.75NA)

2022年SPIE先進光刻大會上，英特爾的Mark Phillips預測，未來High-NA也許是0.7 NA。就是不知道代價有多大。

ASML日前在2022年度財報中表示，2030年之后，將有望實現NA高于0.7(Hyper-NA)的EUV光刻機，但一切都取決于成本。

ASML正在繼續努力控制當前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勁。

Hyper-NA EUV光刻機正在走來的路上。

三、Canon

1、出貨情況

2022年，Canon光刻機營收約為20億美元。

2022年，Canon的半導體用光刻機還是i-line、KrF兩類機臺出貨，光刻機出貨量達176臺，較2021年出貨增加36臺，增幅25%；其中i-line機臺是出貨的主力，出貨125臺。佳能表示，得益于半導體光刻機在電力及傳感器等廣闊領域的應用持續堅挺，生產能力得到最大限度的提升，因此銷售臺數同比實現上漲。

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

佳能表示2023年要新建光刻機工廠，產能要提升兩倍；同時押注NIL技術，盡快實現5nm精度。

2、佳能的納米壓印技術發展

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

由于納米壓印技術的加工過程不使用可見光或紫外光加工圖案，而是使用機械手段進行圖案轉移（相當于光學曝光技術中的曝光和顯影工藝過程），然后利用刻蝕傳遞工藝將結構轉移到其他任何材料上，這種方法能達到很高的分辨率。報道的最高分辨率可達2納米。此外，模板可以反復使用，無疑大大降低了加工成本，也有效縮短了加工時間。

納米壓印技術將現代微電子加工工藝融合于印刷技術中，克服了光學曝光技術中光衍射現象造成的分辨率極限問題，展示了超高分辨率、高效率、低成本、適合工業化生產的獨特優勢，從發明至今，一直受到學術界和產業界的高度重視。

經過年30年的研究，納米壓印技術已經在許多方面有了新進展。最初的納米壓印技術是使用熱固性材料作為轉印介質填充在模板與待加工材料之間，轉移時需要加高壓并加熱來使其固化。后來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加工器件的損壞，也有效防止了氣泡對加工精度的影響。

而模板的選擇也更加多樣化。原來的剛性模板雖然能獲得較高的加工精度，但僅能應用于平面加工。研究者們提出了使用彈性模量較高的PDMS作為模板材料，開發了軟壓印技術。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，對顆粒、褶皺等影響加工質量的因素也有了更好的容忍度。

佳能（Canon）從2004年開始一直秘密研發納米壓印技術；直到2014年收購美國從事納米壓印基礎技術研發的Molecular Imprints公司（現Canon Nanotechnologies公司）才公開。

最新的納米壓印（NIL）的參數指標不錯，套刻精度為2.4nm/3.2nm，每小時可曝光超過100片晶圓。

據悉，納米壓印（NIL）已經達到3D NAND的要求，2017年7月日本3D NAND大廠鎧俠（Kioxia，原東芝存儲部門）已經開始使用此設備。在3D NAND之外也可以滿足1Anm DRAM的生產需求。

佳能和大日本印刷（DNP）、鎧俠合作，在技術研發中NIL已經可以處理高達5nm的電路線寬。大日本印刷通過模擬測試發現，在形成電路過程中每個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光刻機業務營收約15億美元。

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

2022年度，Nikon全新機臺出貨14臺，翻新機臺出貨16臺。

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

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