華金證券電子團隊——走進“芯”時代系列深度之八十四“光刻機”國產路漫其修遠，中國芯上下求索華金證券HuajinSecurities

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業——半導體設備系列報告之光刻機證券研究報告半導體設備/行業深度報告領先大市-A(維持)化△江半安白中的土，+機次土矣老2024年07月18日◆光源、數值孔徑、工藝系數、機臺四輪驅動，共促光刻產業升級。分辨率由光源波長、數值孔徑、光刻工藝因子決定

.

(1)光源波長(λ)——光源：其他條件不變下，光源波長越短，光刻機分辨率越高。在EUV光源方面：LLP光源較為穩定，且

碎屑量較低，適用于大規模量產。高功率、轉換效率為EUV光刻必要條件。液滴Sn靶易于操控，轉換效率較高。加入預脈沖

可以極大提高CE,雙脈沖成為主流。Cymer

與Gigphoton幾乎壟斷全球激光光刻機光源產業，科益虹源彌補技術空白。穩態

微聚束(SSMB)為極紫外光的產生提供新方法，有望實現彎道超車；(2)數值孔徑(NA)——

物鏡：其他條件不變下，數值

孔徑越大，光刻機分辨率越高。從“雙腰”到“單腰”,引入非球面鏡片改變物鏡結構。折反式使用較少光學元件實現更

大數值孔徑并實現場曲矯正。浸沒式光刻提供更大焦深并支持高NA成像。高端光學元件超精密制造技術及裝備成為制約高

端裝備制造業發展重大短板；(3)工藝系數——計算光刻技術：OPC

對掩膜圖形進行預畸變處理，補償光學鄰近效應誤差。

SMO結合S0與OPC技術，提高設計自由度，擴大工藝窗口。多重圖形技術

(MPT)中

，LELE主要原理為化繁為簡，SADP,一

次

光刻后相繼使用非光刻工藝實現圖形密度加倍。ILT已知光刻結果，反推出光源、光掩膜等調整參數。國內市場被國際巨頭壟斷，東方晶源、宇微光學填補國內空白。(4)雙工作臺系統：精確對準+光刻機產能的關鍵。◆行業一超兩強格局穩定，新建晶圓廠&產線擴產&下游需求蓬勃發展拉動光刻機需求。EUV

光刻增速最快，KrF與I-line仍為主

要需求類型，ASML

為EUV光刻機獨家供應商。庫存調整結束+高性能計算+內存需求增加推動晶圓廠設備支撐復蘇。全球新建

晶圓廠&產線擴產帶動光刻機需求，其中中國預計至2024年底建立50座大型晶圓廠。疊加人工智能等技術發展，帶動產業智華金證券HuajinSecurities

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業核心觀點能化升級，2030年半導王本報告尾部的重要法律聲明2◆師夷長技以制夷，星星之火可燎原。ASML與上下游龍頭公司緊密合作，產學研深入發展帶動技術革新，進而鞏固光刻機絕對龍頭地位；Nikon核心技術自主可控，以高質量產品、高附加服務為導向，構建良性生態循環；Canon通過技術整合賦能

新價值，押注納米壓印光刻。目前，從光刻機核心技術領域分析，針對準激光光源，科益虹源主要研發248nm準分子激光器

干式193nm準分子激光器等；福晶科技研發KBBF晶體；中科院研發40瓦干式準激光光源；針對光學鏡頭，國望光學研發90nm

節點ArF光刻機曝光光學系統、110nm節點KrF光刻機曝光光學系器統，中科科儀研發直線式勞埃透鏡鍍膜裝置、納米聚焦鏡

鍍膜裝置等。國科精密作為國家科技重大專項02專項支持的唯一高端光學技術研發單位，正在承擔NA為0.82、NA

為1.35等

多種類型高端IC制造投影光刻機曝光光學系統的技術研發及產業化推進工作；華卓精科是上海微電子光刻機工件臺供應商，

作為世界上第二家掌握雙工件臺核心技術的公司，華卓精科成功推出第一臺滿足65nm光刻機需求的雙工件臺樣機，打破

ASML公司在工件臺上技術壟斷。◆投資建議：光刻機技術是半導體工藝中的關鍵，決定了芯片晶體管尺寸大小，直接影響芯片性能和功耗。自美國對中國半導體制裁起，光刻機對國內半導體行業發展及集成電路產業鏈自主可控重要性日益凸顯。建議關注光刻機產業鏈“卡脖子”

環節中技術積累較深或直接/間接進入ASML/上海微電子等供應鏈環節廠商。如芯碁微裝(直寫光刻)、富創精密(零部

件)、炬光科技(光學器件)、賽微電子(物鏡)、波長光電(光源)、奧普光電(整機)、騰景科技(光學器件)、福

晶科技(光源)、茂萊光學(光源)、電科數字(計算/控制模塊)、新萊應材(零部件)、美埃科技/藍英裝備(潔凈設

備)、同飛股份/海立股份(溫控)、東方嘉盛(服務)、上海微電子(整機，未上市)、華卓精科(工件臺，未上市)。◆

風險提示：技術研發風險：宏觀經濟和行業波動風險：國際留易摩擦風險。

王本報告尾部的重要法律聲明

3華金證券HuajinSecurities

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業核心觀點光刻：集成電路制造核心環節技術：光源、數值孔徑、工藝系數、機臺四輪驅動，共促

光刻產業升級市場：一超兩強格局穩定，新建晶圓廠+產線擴產拉動需求破局：師夷長技以制夷，星星之火可燎原相關標的 風險提示王本報告尾部的重要法律聲明

4目錄

i

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業·2.2.3核心技術

(EUV

光源):LLP光源較為穩定，且碎屑量較低，適用于大規模量產·2

.2

.3核心技術

(EUV光源):高功率、轉換效率為EUV光

刻必要條件·2

.2

.3核心技術

(EUV

光源):液滴Sn靶易于操控，轉換效

率較高·2.1分辨率由光源波長、數值孔徑、光刻工藝因子決定·2.2光源波長(λ)——光源·2.2.1原理：其他條件不變下，光源波長越短，光刻機分

辨率越高·2.2.2發展：高壓汞燈光刻光源→深紫外光光源→極紫外

光光源

光刻：集成電路制造核心環節·

1.1光刻三劍客：光刻機+光刻膠+光掩膜·

1.2光刻機：通過光源將光掩膜上圖形投射于硅片·

1.3光刻膠：在曝光區發生光固化反應·1.4光掩膜：圖形轉移工具或母版·

1.5集成電路制造流程·

1.6集成電路制造資本開支結構·1.7光刻工藝：各步驟環環相扣，光刻機代表產線先進程度

·1.8發展歷程：投影光刻機為當前IC制造主流選擇

技術：光源、數值孔徑、工藝系數、機臺四輪驅動，共促光刻產業升級分目錄

華金證券Huajin

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業王本報告尾部的重要法律聲明5·

2.2.3核心技術

(EUV光源):加入預脈沖可以極大提高CE,·2.3.2路徑(投影方式):折反式使用較少光學元件實現雙脈沖成為主流

更大數值孔徑并實現場曲矯正·2

.2

.4現狀：Cymer與Gigphoton幾乎壟斷全球激光光刻機·2.3.2路徑(像方介質折射率):浸沒式光刻提供更大焦光源產業，科益虹源彌補技術空白

深并支持高NA成像·

2.2.5趨勢：輸出功率、脈沖能量整體呈現上升趨勢，光·2.3.3制造：物鏡加工精度確保光線高精度聚焦譜線寬呈現收窄趨勢·

2.3.4現狀：高端光學元件超精密制造技術及裝備成為制·2.2.6彎道超車：穩態微聚束(SSMB)為極紫外光的產生提

約高端裝備制造業發展重大短板供新方法

·2.4工藝系數——計算光刻技術·

2.3數值孔徑

(NA)——物鏡·

2.4.1光學鄰近效應校正

(OPC):

對掩膜圖形進行預畸·2.3.1

原理：其他條件不變下，數值孔徑越大，光刻機分變處理，補償光學鄰近效應誤差辨率越高

·2.4.2光源-掩膜協同優化技術

(SMO):結合S0與0PC技·2.3.2路徑(物鏡結構):從“雙腰”到“單腰”,引入術，提高設計自由度，擴大工藝窗口非球面鏡片

技術：光源、數值孔徑、工藝系數、機臺四輪驅動，共促光刻產業升級分目錄

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業王本報告尾部的重要法律聲明6

技術：光源、數值孔徑、工藝系數、機臺四輪驅動，共促光刻產業升級·2.4.3多重圖形技術(MPT):LELE,主要原理為化繁·2.4.5現狀：國內市場被國際巨頭壟斷，東方晶源、宇為簡

微光學填補國內空白·2.4.3多重圖形技術(MPT):SADP,

一次光刻后相繼·2.5雙工作臺系統：精確對準+光刻機產能的關鍵使用非光刻工藝實現圖形密度加倍

·2.5.1

組成：由掩膜臺系統、硅片臺系統和控制系統三·2.4.4逆光刻技術(ILT):已知光刻結果，反推出光大部分組成源、光掩膜等調整參數

·2.5.2功能：負責對準調平，精密定位，接送硅片·2.5.3難點：快、準、穩

市場：一超兩強格局穩定，新建晶圓廠+產線擴產拉動需求·3.4格局：

一超兩強格局穩定，ASML

為EUV光刻機獨家供應商·

3

.

5出貨：

EUV光刻增速最快，KrF與1-line仍為主要·3.1

光刻機產業鏈圖譜·3.2光刻機供應鏈核心環節·

3.3發展：技術&成本綜合驅動光刻機發展華金證券Huajin

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業分目錄王本報告尾部的重要法律聲明7

分目錄

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業

市場：一超兩強格局穩定，新建晶圓廠+產線擴產拉動需求·3.6現狀：浸沒式光刻機近乎全部限制出口，上海微電子產品對標CANON·

3

.

7需求·3.7.1

經濟衰退后出現顯著增長，人工智能有望開啟新周期·

3.7.225年晶圓廠設備支出有望超1,200億美元·3.7.3全球新建晶圓廠浪潮帶動光刻機需求·3.7.4中國晶圓廠獨占鰲頭，預計至2024年底建立50座大型晶圓廠·3.7.5全球8寸、12寸晶圓產能有望持續提升，帶動光刻機需求·3.7.6下游應用蓬勃發展，2030年半導體規模有望破萬億美元A

破局：師夷長技以制夷，星星之火可燎原·4.1.3EUV:首批EXE平臺光刻機將于23年交與客戶，·

4.1.

1

產

品

迭

代

：EUV+DUV全

面

覆

蓋

市

場

，EUV

負

責

超有望于25年量產高

端

市

場

，DUV

負責中高端·

4

.

1

.

4研發與并購：研發費用逐年增長+收購前沿技·4.1.2

DUV:NXT平臺顯著提升KrF及ArF光刻機生產效率

王本報告尾部的重要法律聲明

8·4.1

ASML:

光刻機行業絕對霸主，實力遠超同業術公司鞏固技術壁壘·4.2.2驅動增長：化繁為簡，少即是多，復制數碼相機·4.4國內進展：乘風破浪會有時，直掛云帆濟滄海成功道路

相關標的·5.1芯碁微裝(直寫光刻):產品矩陣不斷突破，技術參·

5.2富創精密(零部件):全球位數不多可供應7nm精密

破局：師夷長技以制夷，星星之火可燎原·4.1.5供應鏈：全球化供應鏈條，供應商共計5,000家

·4.2.3技術：核心技術自主可控，貢獻長期增長動力·4.1.6生態：上下游龍頭公司緊密合作，產學研深入發·4.3Canon:技術整合賦能新價值，押注納米壓印光刻展帶動技術革新·4.2

Nikon:核心技術自主可控，產品服務導向構建良性生態循環·

4.2.1戰略：以高質量與高附加值服務為基礎，構建良性生態循環·4.3.1產品：芯片小型化與多樣化對設備提出進一步要求·4.3.2優勢：多領域核心技術構筑強大競爭實力·

4.3.3技術：納米壓印較EUV技術功耗降低90%,性價比

優勢凸顯華金證券Huajin

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業分目錄王本報告尾部的重要法律聲明

9數行業領先·5.4賽微電子(物鏡):可生產光刻機透鏡系統和MEMS器件·5.5波長光電：已具備提供光刻機配套的大孔徑光學鏡頭能力·5.6奧普光電(整機):光機裝調技術水平在多應用技術領

域處于國內領先水平·5.7騰景科技(光學器件):合分束器項目處于樣品試制階

段電子供應鏈·

5.10上海微電子(整機):保留光刻革命火種，靜待28nm光刻

機王者歸來·5.11華卓精科(工件臺):國內首家自主研發并商業化的

雙工件臺廠商·

5.3炬光科技(光學器件):相關光場勻化器產品為頂級光學公司供應·5.8福晶科技(光源):全球非線性光學晶體龍頭廠商·5.9茂萊光學：精密光學領域稀缺性標的，產品進入上海微

相關標的華金證券HuajinSecurities

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業分目錄王本報告尾部的重要法律聲明風險提示10市場：一超兩強格局穩定，新建晶圓廠+產線擴產拉動需求破局：師夷長技以制夷，星星之火可燎原相關標的風險提示

王本報告尾部的重要法律聲明

11

光刻：集成電路制造核心環節·1.1光刻三劍客：光刻機+光刻膠+光掩膜

·

1

.5集成電路制造流程·1.2光刻機：通過光源將光掩膜上圖形投射于硅片·

1.6光刻工藝：8個步驟，光刻機代表產線先進程度·1.3光刻膠：在曝光區發生光固化反應

·

1.7分類：無掩膜光刻機與有掩膜光刻·

1.4光掩膜：圖形轉移工具或母版·

1.8光刻機發展歷程

技術：光源、數值孔徑、工藝系數、機臺四輪驅動，共促光刻產業升級華金證券HuajinSecurities

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業分目錄◆光刻工藝是指集成電路制造中利用光學-化學反應原理和化學、物理刻蝕方法，將電路圖形傳遞到單晶表面或介質層上，形

成有效圖形窗口或功能圖形的工藝技術。◆光刻工藝可以理解為使用光刻技術進行某一類加工的一種工藝；而光刻技術是則指在光照作用下，借助光致抗蝕劑(即：

光刻膠)將掩膜版上的圖形轉移到基片上的技術。典型的光刻工藝流程包括襯底制備、涂膠、前烘、曝光、顯影、堅膜

腐蝕、去膠等。在光刻中主要使用工具及材料為光掩膜、光刻機及光刻膠。資料來源：路維光電招股說明書，ASML官網.

王本報告尾部的重要法律聲明

121.1

光刻三劍客：光刻機+光刻膠+光掩膜路維光電掩膜版

TWINSCAN

EXE:5000

南大光電光刻膠內部封閉框架掩膜版

掩膜臺能量控制器物鏡測量設備激光器曝光臺王本報告尾部的重要法律聲明

13◆光刻機：類似納米級打印機，通過光源將光掩膜上圖形母版投射在硅片上。◆工作原理：利用光刻機發出的光通過具有圖形的光置對涂有光刻膠的硅片曝光，光刻膠見光后會發生性質變化，從而使光

置上得圖形復印到硅片上，從而使硅片具有電子線路圖的作用。這就是光刻的作用，類似照相機照相。照相機拍攝的照片

是印在底片上，而光刻機刻的不是照片，是電路圖和其他電子元件。1.2光刻機：通過光源將光掩膜上圖形投射于硅片i華

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業光束形狀設置

遮光器資料來源：電子發燒友、數字化企業、光束矯正器

(共三個)測量臺光刻機工作原理圖硅片華

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業◆光刻膠：又稱光致抗蝕劑，組分主要包括成膜樹脂、感光組分、微量添加劑和溶劑。其中成膜樹脂用于提供機械性能和抗

刻蝕能力；感光組分在光照下發生化學變化，引起溶解速度的改變；微量添加劑包括染料、增黏劑等，用以改善光刻膠性

能；溶劑用于溶解各組分，使之均勻混合。◆原理：將光刻膠涂布在襯底，通過前烘去除其中溶劑；其次，透過掩膜版進行曝光，使曝光部分感光組分發生化學反應，再進行曝光后烘烤；最后通過顯影將光刻膠部分溶解(對于正性光刻膠，曝光趨于被溶解；對于負性光刻膠，未曝光區域

被溶解),從而實現圖形從掩膜版到襯底片之間轉移。銅箔絕緣性板涂布光致抗蝕劑層曝光，陰圖底版顯影光固化抗

蝕劑膜腐蝕|日1.3光刻膠：在曝光區發生光固化反應

iHuaj華資料來源：《集成電路產業全書(王A

陰圖底版光刻膠工作原理圖

光刻膠成像制版過程王本報告尾部的重要法律聲明(c)影、堅模(a)

涂膠，前烘(b)光光刻膠膜印

刷

基

板掩模版14分類優點缺點接觸式光

掩膜真空接觸圖形接觸式轉移可保證成

像過程的復制質量，避免

引人放大率光學誤差，在

特定應用范圍內具有優勢由于直接接觸，光刻膠

會污染掩膜版，造成磨

損累積缺陷，影響掩膜

版的使用壽命相較于接觸式光刻和接近式光刻技術，投影式光刻技術更加先進，通過投影的原理能夠在健用相同尺于

掩模掩膜版的情況下額得更小比例的圖像，從而實現更精細的成像。掩模接近接觸式光刻軟接觸硬接觸投影光掩

膜勻膠鉻版光掩膜通過帶有棱鏡系統的微影

光刻機投影曝光，將光掩

膜圖形移轉到圓片上，避

免光刻膠與掩膜版直接接

觸導致污染，且具有高耐

久性、高分辨率及易清潔

處理小十N.A.移相光掩膜不透光鉬光掩膜極紫外光掩膜◆掩膜版又稱光罩、光掩膜等，是微電子制造過程中圖形轉移工具或母版，用于下游電子元器件行業批量復制生產。掩膜版

在生產中起到承上啟下的關鍵作用，是產業鏈中不可或缺的重要環節。光掩膜可分為接觸式光掩膜(真空接觸、軟接觸及硬接觸)及投影光掩膜(勻膠鉻版光掩膜、移相光掩膜、不透光鉬光掩膜及極紫外光掩膜)。

資料來源：《集成電路產業全書(王A

本報告尾部的重要法律聲明

151.4光掩膜：圖形轉移工具或母版華金證卷HuajinSecurities

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業接近/接觸式光刻以及投影式光刻示意圖光掩膜分類刻膠

基片設

計

IC設計制

造(前道工藝)擴散薄膜沉積

光刻

刻蝕離子注入CMP

金屬化測試進行清洗、檢測并重復若干次封

測(后道工藝)晶圓切割貼片

引線鍵合模塑

切筋/成型

終測王本報告尾部的重要法律聲明

16背面減薄資料來源：中為咨詢、華金證券研究反1.5集成電路制造流程華金證券Huajin

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業倒角拉單晶磨削減薄硅片制造磨外圓設計：2%-7%土建設施：30%-40%潔凈室分工：50%-70%硅片制造：1%-5%芯片制造：75%-80%硅片制造：15%-20%機電系統：25%-35%潔凈室系統：25%-35%長晶&切磨拋設備：2%

薄膜沉積設備：20%光刻設備：20%刻蝕/去膠設備：20%

工藝控制設備：11%

清洗/CMP設備：8%退火/擴散/注入設備：5%

其他加工設備：8%封裝設備：40%-45%P&

測試設備：55%-60%王本報告尾部的重要法律聲明

17集成電路制造產線設備投資中，設備投資占比約為70%

-80%,在設備投資中芯片制造設備占

比

為75%-80%,光刻機占制造設備投資光刻機占產線投資10.5%-12.8%廠房建設

20%-30%設備投資

70%-80%1.6集成電路制造資本開支結構20%,故資料來源：Gartner,屹唐股份招股說華

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業◆軟烘：通過烘烤提高光刻膠與硅片黏附性及光刻膠厚度均勻性，利于后續刻蝕工藝幾何尺寸精密控制。◆對準與曝光：將掩膜版圖形與硅片已有對準，用特定光照射，激活光刻膠中光敏成分，從而將掩膜版圖形轉移到光刻膠。◆曝光后烘：通過加熱讓光刻膠中光化學反應充分完成，彌補曝光強度不足

問題，并減少光刻膠顯影后因駐波效應產生紋路。◆顯影與沖洗：將曝光光刻膠溶解清除，市光掩膜圖形浮現在光刻膠。◆堅膜：將顯影后的光刻膠中剩余溶劑、顯影液、水及其他不必要殘留成分

通過加熱蒸發去除，提高光刻膠與硅襯底黏附性及光刻膠抗刻蝕能力。◆顯影檢測：即檢查顯影后光刻膠圖形缺陷。利用圖像識別技術，自動掃描1.7光刻工藝：各步驟環環相扣，光刻機代表產線先進程度

華Huaj金inS

i券ties顯影后芯片圖形，與預存無缺陷標準圖形進行比對，若發現有不同之處，資料來源：《集成電路產業全書(王A

◆底膜準備：主要是清洗和脫水。污染物會減弱光刻膠與硅片之間附著力，

徹底的清洗可以提升硅片與光刻膠之間黏附性。◆旋轉涂膠：通過旋轉硅片方式實現。不同光刻膠要求不同涂膠工藝參數，

包括旋轉速度、膠厚度和溫度等。軟烘uv對準與曝光旋轉涂膠曝光后烘底膜準備顯影顯影檢測王本報告尾部的重要法律聲明

18就視為存在缺陷。華

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企業光刻工藝流程華發

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業◆

光

刻

工

藝

決

定

著

芯

片

的

最

小

特

征

尺

寸

，

包

括

清

洗

、

表

面

處

理

、

旋

涂

、

前

烘

、對準和曝光、后烘、顯影等數個流程。◆

根

據DRAMeXchange

數據，光刻工藝約占芯片制造成本的30%,約占芯片制造總耗時的40%-50%。1.7光刻工藝：各步驟環環相扣，光刻機代表產線先進程度WaferDSHotPlate檢測

>通過摻雜清洗

表面處理后烘不合格刻蝕2、表面處理王本報告尾部的重要法律聲明

19作用：去除多余水分、形成HMDS涂層增強光刻膠黏性作用：清除污染物，提升

光刻膠附著力華金證券HuajinSecurities冷卻

USGP-Well資料來源：Mittuniversitetet,DRAMeXchan前烘曝光后烘烤HMDS

(六甲基二硅氮烷)涂層旋涂顯影光刻工藝流程圖形

成

HMDS

涂層烘烤去

除水分對準&

曝光化學清洗去除

光刻

膠1、清洗HMDS涂

層1.7光刻工藝：各步驟環環相扣，光刻機代表產線先進程度

i華

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業Huaj華~10

μmWafer方式三：投影式曝光SynchronizedmaskandwaferN-SilicconLightSourcdLensMaskLensPho

esistWafer方式一：接觸式對準曝光UVLightWafer

N-Silicon方式二：接近式對準曝光~10

μm

UVLightChuck

Mask=ChuckSpindle

WaferPhotoresist一Photoresist方式三：微波加熱Light

SourcePhotoresis

LensesLight

SourceLensesMaskPhotoresistLightSourcLenses方式一：化學去除WaferChuck

ndleWaferChuckndle方式一：傳送至已加熱的盤He方式二：對流加熱爐(多片)6、對準曝光作用：將掩膜版上的圖案轉移至光刻膠上四種方式：接觸式、接近式、投影式、步進式方式二：光照去除Photoresis

Mask4、邊緣料去除

(EBR)作用：去除邊緣料方式：化學去除/光照去除3、旋涂作用：將光刻膠均勻涂

布整個晶圓5、前烘作用：去除溶劑；減少薄

膜應力提高光刻膠粘附性WaferChuckmedphotoresistWafer旋涂裝置示意圖

光刻膠

晶圓MaskMask光刻膠分配器噴嘴晶圓光刻膠分配器噴嘴

晶圓吸

源資料來源：Mittuniversitetet,

華金證券研王本報告尾部的重要法律聲明

20化

學

試劑Solv防水套管吸盤邊緣料去除光刻膠回吸真空泵真空泵真空泵主

軸吸

盤主

軸排

料

口排氣口盤EdgePRremovedSlit=====-=====華

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業9、后烘/堅膜作用：去除所有溶劑，提高光刻膠

附著力，堅膜以提高光刻膠在離子注入或刻蝕中保護下表面的能力，

減少缺陷如填充針孔加熱使光刻膠成熔融態，進

而流動減少缺陷PR

PRSubstrateSubstrate過度加熱則會影響分辨率PRSubstratePROverexposureUnderexposure1.7光刻工藝：各步驟環環相扣，光刻機代表產線先進程度旋轉

均勻

厚度ChuckWafer方式四：步進式曝光

作用：平滑側壁，減少駐波效應的影響；對DUV光刻膠，還可提高感

光材料所需能量Watslee

veChuckDrain6、對準曝光Substrate王本報告尾部的重要法律聲明

21作用：顯現光刻膠層圖形去：離子水

顯影液：TMHZ用沖洗劑8、顯影7、曝光后烘烤華金證券HuajinSecurities烘烤方式與前烘相同資料來源：Mittuniversitetet,華金證券研二甲苯用乙酸正丁酯負膠用二甲苯Vac顯影液涂布

影液顯影裝置示意圖asericle正

膠

用TMAH((CH3)4NOH)Interferometer

Laser顯影

完成ProjectionLensReticleStage-沖洗ReferenceMarkWaferStageInte

erLight

SotWaferWafer有掩膜光刻接觸式光刻接近式光刻無掩膜光刻資料來源：《集成電路產業全書(王A多電子束光刻王本報告尾部的重要法律聲明

22離子束直寫1.8發展歷程：投影光刻機為當前IC制造主流選擇1倍深紫外掃描機4倍步

進掃描光刻機1倍寬帶掃描機

10倍

5倍步進重復光刻機193nm浸沒式多曝光偏振成像計算光刻

一體化光刻真空極紫外光刻一體化光刻EUV,NA>0.5微壓印定向組裝

DSA折射率高于水的液體浸沒光刻NA>1.35光學無掩膜光刻光學投影光刻電子束直寫浸沒式

光刻機X射線曝光機光刻機有掩膜光刻機掩膜版與機臺距離其特點是靈活性高，可柔性制作集成電路。但生產效率很低，一

般

用

于

集

成

電

路

器

件

原

型

的研制驗證制作、光刻掩膜版的制作等。無掩膜光刻機輻射源不同i利用計算機輸入的地址

和圖形數據，控制聚焦

電子束在涂敷有電子束

光刻膠的襯底上直寫曝

光

。該技術最細線條光

刻圖案可達到2nm。離子的質量要遠大于電

子，它能有效地避免電

子束散射的問題離子束光刻能獲得比電子束光

刻更高的分辨率，其

最

小的分辨率能過到5nm調整掩膜版和襯底相對位置和角度實現對準曝光的曝光方式。其理論分辨率可達到0.5um,

但由于掩膜版和襯底接觸，沾污嚴重，因此工業生產中一般只在3um

以上的情況下采用此方式。目前在

研發領域仍然有大規模的應用，在工業領域則集中在LED

、

MEMS和先進封裝等不需要高分辨率的領域。近場菲涅爾衍射成像

遠場傅里葉t光學成像接觸式光刻機

接近式光刻機投影光刻機1.8發展歷程：投影光刻機為當前IC制造主流選擇投影式

光

刻通過光學投影成像系統，將中間

掩膜版圖形按照所需要的倍率縮

小，通過縮小透鏡在涂有光刻膠

的襯底表面曝光成像。該類曝光技術是目前IC生產領域的主流。華

發

集

團

旗

下

企業利用掩膜來遮擋和透射光線，

通過聚焦和投射光源在光敏材

料上形成圖案。掩膜光刻機具有成熟技術和廣泛應用領域，

是芯片制造行業基礎設備。ens

2掩

模

版stage

光刻膠襯底一激光直寫光刻利用聚焦激光束直接在涂覆

有光刻膠的襯底上描繪圖形

的光刻技術，通常采用旋轉

反射鏡陣列來實現大量激光束同時掃描的功能，分辨率光源通鏡透

鏡華金證券HuajinSecurities王本報告尾部的重要法律聲明

23onsourceXureapertuembly資料來源：《集成電路產業全書(王陽元)》離子束直寫光刻機激光直寫光

刻機電子束直寫

光刻機接觸式光刻接近式光刻Beamlblar村底-光制膠光源掩膜與晶圓比例可大于1:1隨著晶圓尺寸的不斷增大，1:1的曝光比例對透鏡

尺寸、折射率和均勻性提出更高要求。步進重復式

光刻機解決了這一難題，曝光區域從整個晶圓變為

一塊矩形區域，實現了掩膜與晶圓比例可大于1:1。精度與均勻性的完美結合通過反向掃描完成一個Die

的曝光過程，而步進運

動則通過步進器將硅片臺的曝光位置從一個Die

移

動到下一個Die。

這一方案進一步縮小曝光區域，

降低了光學復雜度，提高了精度和均勻性。-------LaserFixedexposure

slitmaskProjection

lenswaferLaserMaskSize=5Projection

lens

=1waferM實現1:1曝光掃描投影式光刻采用一倍掩膜版，實現了掩膜圖

形與晶圓尺寸1:1的曝光比例。光源固定，而掩膜

和晶圓同時向相反方向移動，完成了一次高效的

光刻過程。1.8發展歷程：投影光刻機為當前IC制造主流選擇掃描投影式光刻

步進重復式光刻機

步進掃描式光刻機不適用掩膜版，而是使用光罩因為光罩包含與

一個或多個芯片相對應的單個曝

光場中的圖案，而掩膜版包含所有芯片陣列華金證券HuajinSecurities

華

發

集

團

旗

下

企

業Lens

field十maskwaferDie

Scan俯視圖Scan

dire

ctionwafer王本報告尾部的重要法律聲明24資料來源：半導體與物理、華金證券投影光刻機Step

direction

YStep

directionXProjection

lensDie·

2.1

分辨率由光源波長、數值孔徑、光刻工藝因子決定·2.3.3制造：光刻機所用波長越短，對物鏡加工精度要求就越高·2.2光源波長(λ)——光源·

2.3.4現狀：高端光學元件超精密制造技術及裝備成為制約高端裝備制造業發展重大·

2.2.1原理：其他條件不變下，光源波長越短，光刻機分辨率越高

短板·

2.2.2發展：高壓汞燈光刻光源→深紫外光光源→極紫外光光源·

2.4工藝系數——計算光刻技術·

2.2.3核心技術(EUV

光源):LLP光源較為穩定，且碎屑量較低，適用于大規模量產

·

2.4.1

光學鄰近效應校正(0PC):

對掩膜圖形進行預畸變處理，補償光學鄰近效應誤·2.2.3核心技術(EUV光源):高功率、轉換效率為EUV光刻必要條件

差·

2.2.3核心技術(EUV

光源):液滴Sn靶易于操控，轉換效率較高·2.4.2光源-掩膜協同優化技術(SMO):

結合S0與0PC技術，提高設計自由度，擴大工

2.2.3核心技術

(EUV光源):加入預脈沖可以極大提高CE,雙脈沖成為主流

藝窗口白·2.4.3多重圖形技術(MPT):SADP,

一次光刻后相繼使用非光刻工藝實現圖形密度加

2.2.5趨勢：輸出功率、脈沖能量整體呈現上升趨勢，光譜線寬呈現收窄趨勢

倍2.3數值孔徑(NA)——物鏡

·

2.4.5現狀：國內市場被國際巨頭壟斷，東方晶源、宇微光學填補國內空白·

2.3.1

原理：其他條件不變下，數值孔徑越大，光刻機分辨率越高

·

2.5雙工作臺系統：精確對準+光刻機產能的關鍵·

2.3.2路徑(物鏡結構):從“雙腰”到“單腰”,引入非球面鏡片

·

2.5.1組成：由掩膜臺系統、硅片臺系統和控制系統三大部分組成·

2.3.2路徑(投影方式):折反式使用較少光學元件實現更大數值孔徑并實現場曲矯正

·

2.5.2功能：負責對準調平，精密定位，接送硅片·

2

.

3

.

2

路

徑

(

像

方

介

質

折

射

率

)

:····光刻：集成電路制造核心環節技術：光源、數值孔徑、工藝系數、機臺四輪驅動，共促光刻產業升級2.2.6彎道超車：穩態微聚束(SSMB)為極紫外光的產生提供新方法

·

2.4.4逆光刻技術(ILT):

已知光刻結果，反推出光源、光掩膜等調整參數2

.2.4現狀：Cymer與Gigphoton幾乎壟斷全球激光光刻機光源產業，科益虹源彌補技術空

·

2.4.3多重圖形技術(MPT):LELE,

主要原理為化繁為簡華

發

集

團

旗

下

企

業分目錄◆分辨率：指光刻機能夠將掩膜版電路圖形在襯底面光刻膠上轉印的最小極限特征尺寸。通常，分辨率用該極限電路圖形半節距表示。◆瑞利準則：理想的成像系統，

一個點所成像是一個完美點，但實際光學系統中透鏡具有一定的孔徑大小，由此導致所成像不是一個

點，而為一個艾里斑(中心是一塊明亮區域，周圍是一系列亮度不斷降低的同心圓環)。對于兩個距離較近的點，所成光斑距離同

樣較近。能夠區分兩個光斑的最小距離，即分辨率。當一個艾里斑中心與另一個艾里斑第一極小值重合時，達到極限點，該極限被稱為瑞利準則。Tibelnn

sina

0pd

投

物徑鏡

方

Pailt

sovu

t

thadon資料來源：半導體行業觀察，Semi

Co

方介質折射率投影物鏡系統像與光刻機工藝相關系數光源波長R

物鏡數值孔徑ThAiy

DukindPoinSpmdFuncton分辨率由光源波長、數值孔徑、光刻工藝因子決定

分辨率極限示意圖

Anypu2.1分辨率由光源波長、數值孔徑、光刻工藝因子決定華金證券Huajin

Securities華

發

集

團

旗

下

企

業

王本報告尾部的重要法律聲明26The

Rayleigh

Criterion◆孔徑角與透鏡有效直徑成正比，與焦距成反比。孔徑角又稱“鏡口角”,是透鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡有效直徑所

形成角度。孔徑角越大，進入透鏡光通量就越大，它與透鏡有效直徑成正比，與焦點距離成反比。◆增大數值孔徑、縮短波長、減小光刻工藝因子可提高分辨率。根據瑞利準則光刻機分辨率由光源波長、數值孔徑、光刻工藝因子決定。因此可以從以下三方面提高分辨率：1)增大投影光刻物鏡的數值孔徑；2)縮短曝光波長；3)減小光刻工藝

因子。2.1分辨率由光源波長、數值孔徑、光刻工藝因子決定ObjectiveApertureAngleSpecimenPlaneCondenser

(b)高數值孔徑投影ObjectiveSpecimenPlaneIncidentIIlumination—(a)孔徑角示意圖與分辨率相關的參數變化趨勢華金證券HuajinSecurities

華發

集

團

旗

下

企

業ObjectiveCondenser2a王本報告尾部的重要法律聲明

27Condense

Aperture

AngleObjective

perture

Angle◆光源是光刻機核心系統之一，光刻機工藝能力首先取決于其光源波長。最早兩代光刻機采用汞燈產生

波長436nmg-line和365nmi-line作為光刻光源，可以滿足800-250nm制程芯片生產。第三代光刻機采用248nm的KrF準分子激光作為光源，將最小工藝節點提升至180-130nm。第四代光刻機的光源采用

193nm

準分子激光，將制程提升至130-65nm的水平(通過浸沒式技術、雙圖形技術、多圖形等先進技術，

193nm

ArF準分子激光可應用于光刻10nm節點量產)。第五代光刻機技術，采用波長為13.5nm的極紫外光作為曝光光源。λ(nm)紫外光講EUV

VUV

DUV50

100

150

200

25013

126157193248準分子激光

汞燈可見光譜紫

藍

綠光源波長對應設備最小工藝節點說明第一代UVg-line436nm接觸式光刻機800-250nm易受污染，掩模版壽命短黃

橙

紅接近式光刻機800-250nm成像精度不高第二代i-line365nm接觸式光刻機800-250nm易受污染，掩模版壽命短接近式光刻機800-250nm成像精度不高550

600650700第三代DUVKrF248nm掃描投影式光刻

機180-130nm采用投影式光刻機，增加

掩模版壽命第四代ArF193nm步進掃描投影式

光刻機130-65nm最具代表性的一代光刻機，但仍面45nm制程下的分

辨率問題浸沒式不僅掃描

投影式光刻機45-22nm第五代EUVEUV13.5nm極紫外光刻機22-7nm成本過高，技術突破困難2.2光源波長(λ)——光源2.2.1

原理：其他條件不變下，光源波長越短，光刻機分辨率越高光譜圖

光刻機光源波長發展歷程華金證券HuajinSecurities

華

發

集

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旗

下

企

業光刻光源資料來源：華經產業研究院、光機電產王本報告尾部的重要法律聲明

28400

450

500405436

hg300

350Mid-UV365反射鏡1耦合光組變焦光組

光刻物鏡反射鏡2

復眼透鏡V◆高壓汞燈：放電管內充氬氣(用于啟動)與汞(用于放電),汞蒸氣被能量激發，汞原子最外層電子受激發躍遷，落回后釋放光子。◆

深紫外光光源：一般采用準分子激光器作為光源，工作氣體受到放電激

勵，在激發態形成短暫存在“準分子”,準分子受激輻射躍遷，形成紫

外激光輸出。◆極紫外光激光：

EUV

光源由光的產生、光的收集、光譜的純化與均勻化

三大單元組成。相關的工作元器件主要包括大功率CO?激光器、多層涂

層鏡、負載、光收集器、掩膜版、投影光學系(Xe

或Sn)

形成等離子體，

等離子利用多層膜反射鏡多次反射凈化能譜，獲得13.5nm的EUV

光。橢球面反射鏡準直透鏡掩模面高壓汞燈濾光鏡2.2光源波長(λ)——光源2.2.2發展：高壓汞燈光刻光源→深紫外光光源→極紫外光光源掩模板王本報告尾部的重要法律聲明

29華金證券Huajin

Securities

華

發

集

團

旗

下

企

業EUV光源系統的組成

紫外激光器照明系統結構圖高壓汞燈光刻光源系統結構圖準分子

激光器聚光透鏡復眼透鏡柱面鏡快門硅

片方案原理優點缺點是否可實現工業化

EUV光刻機生產方案同步輻射源高速帶電粒子在磁場左右下發射電磁波，可利

用這一特性產生EUV光。可產生高功率EUV光，且對光學原件無碎

屑污染，并長時間穩定地輸出EUV光。裝置構造過于復雜和龐大，造價過于昂貴，不適合大批量生產。X激光等離子體(LPP)以高強度的脈沖激光為驅動能源照射靶材，使

靶材產生高溫等離子體并輻射EUV光。因沒有損傷電極的困擾而較大地消減了

裝置熱負荷，產生光源較為穩定。EUV光產生過程中伴隨著大量光

學碎屑，但碎屑量低于DPP。√放電等離子體(DPP)將靶材涂覆在陽極和陰極之間，兩個電極在高

壓下產生強烈放電使靶材產生等離子體。由于Z

箍縮效應，當洛倫茲力收縮等離子體時，等離

子體被加熱，產生EUV光。可通過增大放電電流功率提高EUV光輸出

功率。EUV光產生過程中伴隨著大量光

學碎屑，嚴重損壞光學收集系

統；很難維持長時間的穩定工

作狀態。√激光輔助放電等離子體(LDP)將LPP與DPP結合起來，先用脈沖激光照射靶材，

使靶材細化，再運用DPP技術放電使靶材產生可通過增大放電電流功率提高EUV光輸出

功率。很難維持長時間的穩定工作狀

態。√EUV光。◆

鑒于LPP諸多優點，現用于大規模生產方案多以LPP為主。同步輻射源優點是可以產生高功率EUV光，且對光學原件無碎屑污染，故可長時間穩定輸出EUV光。但過于復雜和龐大裝置構造以及高昂造價等都表明同步輻射源并不適用于大規模生產。LPP、DPP

和LDP都是通過高能量束使靶材產生較高的溫升，從而產生高溫、高密度的等離子體并發射EUV光。雖然形成方法有所差異，但卻可以使用相同靶材。LPP以高功率激光輻射靶材，相較于DPP與LDP方案，因沒有損傷電極困擾而較大地消減裝置熱負荷，產生光源較為穩定，

且LPP所產生碎屑量低于DPP。2.2光源波長(λ)——光源2.2.3核心技術

(EUV光源):LLP光源較為穩定，且碎屑量較低，適用于大規模量產華金證券HuajinSecurities華

發

集

團

旗

下

企

業同步輻射源、LPP、DPP、LDP

原理和比較本報告尾部的重要法律聲明

30資料來源：《激光等離子體13.5nm極等EUV

far-fieldintensitydistributionsource

luminator

scannerilluminatedslitdropletgeneratorslitPFCO?lasercollector◆為滿足極紫外光刻需求，光源應具有以下性能：(1)光源功率達250W,

且功率波動小；(2)較窄激光線寬，具有頻率噪聲和較小

相對強度噪聲，減少光學損耗；(3)較高系統效率，光源轉化率最終要達到250W以上功率，因此激光器平均功率需達到20kW。◆極紫外光光源原理：(1)錫液發生器使錫液滴落入真空室③(每一錫滴大小為30微米);(2)脈沖式高功率激光器①擊中從旁飛

過的錫液滴②—每秒50,000次。Laser

分為兩部分，前脈沖和功率放大器。前脈沖和主脈沖擊中錫液使其氣化；(3)錫原子被電離，

產生高強度的等離子體；(4)收集鏡捕獲等離子體向所有方向發出的EUV

輻射，匯聚形成光源；(5)將集中起來的光源傳遞至光

刻系統④以曝光晶片⑤。2.2光源波長(λ)——光源2.2.3核心技術

(EUV光源):高功率、轉換效率為EUV光刻必要條件華金證券HuajinSecurities華

發

集

團

旗

下

企

業EUV

光源系統結構圖

EUV

產生工作原理圖資料來源：ASML,CSND、兆恒機械官區王本報告尾部的重要法律聲明singlediewafer31王本報告尾部的重要法律聲明

32靶材基于所選靶材所得結果13.5

nm

EUV光CE值幾何形狀不同幾何形狀表現鋰(Li)是當穩態Li等離子體處在高溫環境下時，會有極少量Li2+離子處于電離平衡態，即等離子體僅由剩余原子核和自由電子組成，且無任何譜線發出。1%-2%左右平板形靶用激光照射平板Sn靶，會造成被激光光束聚焦中心照射部分靶材溫度遠高

于周圍其他部分。由于存在較大溫度梯度，中心部分等離子體膨脹速度快

周圍部分等離子體膨脹速度慢。速度較慢等離子體會對速度較快等離子體所在區域(EUV發射主導區域)所發出EUV光存在較為強烈吸收，進而影響

EUV-CE。限腔形靶通過使用雙脈沖照射Sn限腔形靶并在入射激光相反方向收集EUV光。證明

限腔形Sn靶相較于平板Sn靶具有更高EUV-CE。氙(Xe)EUV來源要由Xe元素的一種離子Li10+在

4d?

→4d?5p躍遷產生，CE較低，Xe光

譜純度較差僅有1%左右球形靶將直徑為幾微米的球形塑料靶材表面涂滿厚度為微米量級Sn,最終得到最

大值CE為3%;且CE會隨著Sn靶直徑與焦斑大小比值減小而逐漸增加。凹槽形靶脈沖激光打在平板Sn靶上同一點脈沖數量逐漸增多時，等離子體EUV-CE從

2.7%增加到5%,輻射EUV等離子體區域也較之前拉長近一倍。錫(Sn)EUV來源主要由Sn等離子體中高價態離子

Sn8+→Sn12+躍遷形成。5%～6%楔形靶楔形Sn靶EUV-CE約為3.6%。資料來源：《激光等離子體13.5nm極其CE較高。2.2光源波長(λ)——光源2.2.3核心技術

(EUV光源):液滴Sn靶易于操控，轉換效率較高◆

錫

(Sn)為當前EUV光刻光源所用靶材，CE值為5%-6%。Mo/Si多層膜反射鏡特性致使選擇中心波長為13.5nm、2%帶寬內EUV光作為光刻

光源，在此波段發出EUV主要靶材為氙(Xe)

、鋰

(Li)

、

錫

(Sn),其中Sn在13.5nm波長處的反射率占比最大。其EUV來源主要由Sn等離子體中高價態Sn?+→Sn12+躍遷形成，13.5nm

EUV光CE值為5%-6%。◆液滴Sn靶好操控且碎屑較少，故其CE較高。平板形靶由于存在較大溫度梯度，EUV發射主導區域所發出EUV光存在較為強烈吸收；限腔形Sn靶相較于平板Sn靶具有更高EUV-CE;球形靶最大值CE為3%;且CE會隨著Sn靶直徑與焦斑大小比值減小而逐漸增加；液滴Sn靶好操控且碎屑較少，故其CE較高，用于大規模生產EUV光刻機光源均是采用液滴Sn靶。不同靶材13.5nm

EUV光CE值不同幾何形狀EUV光CE值(Sn

靶

)華金證券Huajin

Securities

華

發

集

團

旗

下

企

業◆

主振+功率放大器保證輸出高功率密度，高光束質量激光束。CO?

激光驅動器需產

生持續時間<20ns脈沖，以實現LPP

過程最佳效率。且100kHz

重復頻率需要每個

脈沖輸送大于200mJ能量。滿足這些要求唯一方案是使用主振+功率放大器，以保

證輸出高功率密度，高光束質量激光束。◆

CO?

激光器脈沖激光能量沉積區與EUV輻射區更近，帶來更高CE值。相較于Nd:

YAG激光脈沖，使用CO?

激光器脈沖能獲得較高CE(兩者比值為2.2),且輻射出EUV

光功率更高。因為其脈沖激光能量沉積區與EUV輻射區近，便于激光能量快速轉移

到等離子體中輻射EUV光，且用CO?

激光作為驅動光源產生碎屑數量少，光譜純度

高。大功率短脈沖CO?激光器系統示意圖Nd:YAG激光(a)與CO?激光(b)等離子體激光能量吸收區域和極紫外

輻射區域Distance

from

plane

target2.2光源波長(λ)——光源2.2.3核心技術

(EUV

光

源

)

:CO?激光系統保證輸出高功率密度且轉換效率較高Amp

Amp

AmpToEUVChamber>20kW華金證券HuajinSecurities

華

發

集

團

旗

下

企

業PowerAmplifier資料來源：《激光等離子體13.5nm極第hce

from

plane

target王本報告尾部的重要法律聲明-Isola-

CO?slabO?slab-Isola—十15wSw2)Grating

combine3kWPrAmplifierIsolaP18Line-P24LineMulti-Line

Oscillator(Sw150w332.2光源波長(λ)——光源2.2.3核心技術

(EUV光源):加入預脈沖可以極大提高CE,雙脈沖成為主流◆

加入預脈沖可以極大地提高CE,Nd:YAG

激光更適用于預脈沖。先用預脈沖照射錫靶，產生低密度、碎片化的錫靶。設計好延時時間后，再用

高功率的主脈沖擊打錫靶，最終產生高密度、高溫的等離子體并輻射EUV光，利用該方法最高可得到約6%的轉換效率。在預脈沖激光的選擇上，

相比CO

激光，用波長更短的Nd:YAG

激光可以產生更高的臨界等離子體密度，輻射更高能量的EUV光，且Nd:YAG

激光具有更強的穿透能力，能使預脈沖擊打靶材的氣化率更高。◆Gigaphoton公司共設計3款13.5nm-EUV光源產品，皆為雙脈沖。Proto#1

設計重點為碎片減緩技術；Proto#2

偏向于優化CE設備；Pilot#1

設計則偏向于在半導體工廠中支持大規模生產商業應用。Pi

lot

#1在輸出功率(250W)、

轉換效率(5%)及工作時長(大于3個月)等眾多方面都較其他兩款產品有絕對優勢。王本報告尾部的重要法律聲明

34plet

stream參數細分指標Proto#1Proof

ofConceptProto#2Key

TechnologyPilot#1HVM

Readyargetxpansion目標性能EUVPower25W>100W250WCE3%4%5%脈沖速率100

kHz100

kHz100

kHz輸出角度水平>62°>62°Availability-1week-1week>75%技術參數DropletGenerator20-25

μm<20

μm<20

μmCO?Laser5kW20kW27kWPre-pulseLaser皮秒皮秒皮秒個段10

days>3

months0

Dro0T

EEUVCO?beamMainpulse

CO?beam華金證券HuajinSecurities

華

發

集

團

旗

下

企

業EUV光源雙脈沖方案Gigaphoton公司EUV光源產品參數資料來源：《激光等離子體13.5nm極紫外光刻光源Pre-pulse2.2光源波長(λ)——光源2.2.4

現

狀

：Cymer

與Gigphoton

幾乎壟斷全球激光光刻機光源產業，科益虹源彌補技術空白華發

集團

旗

下

企

業◆

Cymer與Gigphoton幾乎壟斷全球激光光刻機光