2023光刻机行业竞争格局、发展趋势、国内供应链相关公司及国外龙头ASML分析报告（120页）.pdf

1、2 0 2 3 年深度行业分析研究报告第一部分：半导体工艺及光刻简介第二部分：光刻机及其子系统工作原理第三部分：光刻机竞争格局与行业发展趋势第四部分：他山之石ASML光刻巨头崛起之路第五部分：投资建议及国产光刻机供应链相关公司目录31.1 晶圆制造及光刻工艺流程1.1.1 光刻工艺在产业链中的位置半导体芯片生产主要分为IC设计、IC制造、IC封测三大环节。核心IC制造环节是将芯片电路图从掩膜转移至硅片上，并实现对应功能的过程，包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械研磨等步骤。抛光电路布图光刻去胶、清洗扩散、离子注入、退火薄膜沉积功能实现光掩膜制作显影刻蚀基底化合物光刻胶掩膜基底化合物光刻

2、胶n+n+P+P+n+n+P+P+n+n+P+P+紫外光透过掩膜版照射到晶圆表面，掩膜版透明区域所对应的光刻胶部分转变为可溶性物质。曝光后，在晶圆表面喷涂化学显影剂，曝光区域的光刻胶被溶解。将显影后暴露出来的氧化层去除掉，使得下面的硅晶体表面露出来。刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀。溶解光刻胶。刻蚀工艺会引入金属污染，可通过使金属原子氧化变成可溶性离子来清洗硅片。通过改变掺杂物的浓度以提高电学性能，有两种方式：扩散：高温下杂质原子从高浓度向低浓度区域扩散；离子注入：使用各种离子化学杂质轰击晶圆表面暴露区。通过物理气相沉积或化学气相沉积，在晶圆上生长出导电薄膜层和绝缘薄膜层。通过化学腐蚀与机械研磨，实

3、现晶圆表面多余材料的去除与全局纳米级平坦化。工艺流程工艺原理工艺设备光刻机涂胶显影设备刻蚀机清洗机抛光机离子注入机扩散炉退火炉资料来源：晶瑞股份招股说明书，中芯国际招股说明书，华福证券研究所整理图表1：半导体芯片生产工艺流程图41.1 晶圆制造及光刻工艺流程1.1.2 光刻工艺流程及原理光刻是IC制造的核心环节，也是整个IC制造中最复杂、最关键的工艺步骤，是集成电路制造工艺发展的驱动力。光刻的本质是把电路结构图“复制”到硅片上的光刻胶上。一般的光刻工艺要经历八道工序：气相成底膜、旋转涂胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、坚膜烘焙和检测。气相成底膜首先用六甲基二硅胺烷在硅片上形成底膜，该底膜使硅片表

4、面疏离水分子，同时增强对光刻胶的结合力。旋转涂胶在硅片表面分滴光刻胶，随后承托硅片的吸盘旋转，光刻胶借助离心作用伸展到整个硅片表面，在硅片上得到均匀的光刻胶胶膜覆盖层。软烘随之对硅片进行软烘，将光刻胶中残余的溶剂含量从20-40%减少到3-8%，提高光刻胶的粘附性和均匀性。对准曝光硅片与石英掩膜对准并聚焦后，使用紫外光照射，未受掩膜遮挡部分的光刻胶发生光化学反应，转化成一种易溶于水基碱性显影液的羧基酸。实现电路图从掩膜到硅片上的转移。后烘显影对曝光后的晶圆进行第二次烘烤，高温烘焙引起的扩散使光刻胶变得更平坦，光化学反应更充分。使用化学显影液溶解由曝光造成的光刻胶可溶解区域，从而露出下面的硅片，

5、使掩膜上的图形被存留在光刻胶上。坚膜烘培显影后热烘温度比软烘高，但不高于光刻胶的玻璃转变温度，否则光刻胶会软化。目的是蒸发剩余的溶剂使光刻胶变硬，提高光刻胶的粘附性。清洗和检测最后将硅片清洗干净，并对芯片结构、电学性能和可靠性等进行测试和评估。资料来源：NSCN，半导体集成电路制造手册，华福证券研究所整理图表2：光刻工艺流程图51.2 光刻机在晶圆制造中的重要地位1.2.1 光刻工艺核心设备，成本昂贵技术复杂光刻工艺是芯片生产流程中最复杂、最关键的步骤，而光刻机是光刻工艺的核心设备，其重要性源于三个方面：第一，光刻机价值量位列IC制造设备的榜首；第二，光刻机凝聚众多顶尖技术，壁垒极高；第三，光

6、刻机定义集成电路尺寸，推动摩尔定律前进。从成本上看，在整个集成电路的制造过程中，往往需要进行2030次光刻工序，所以光刻一般会耗费总成本的30%，耗费时间约占整个硅片工艺的40%-60%。而光刻机在所有IC制造设备中同样位居价值量榜首，据Utmel Electronic数据显示，光刻机投资额占全部IC制造设备的25%。从技术上看，光刻机是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备，是现代工业的集大成者。光刻机集合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域等多项顶尖技术，其制造和研发需要高度的技术积累和持续的投入。光刻机具备极高的技术含量和单