康信视点 | 从专利角度看光刻机创新主体

作者 | 康信华源团队

编辑 | 布鲁斯

通常来讲，消费者期望获得运算速度更快、续航更强的手机。运算速度更快意味着芯片上的晶体管数量更多，而续航更强意味着整体芯片的体积要更小。因此，在更小体积的硅片上塞进更多的晶体管，就是广大厂商解决这个问题的途径。

光刻机，就是制造芯片实现在硅晶片上塞进多少晶体管的关键装备。它采用类似照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形通过光线曝光印制到硅片上，芯片单位体积上处理单元越多，光刻机的分辨率越高。目前，光刻机能刻蚀的最高分辨率是“3nm”，分辨率越高对所用的光的要求也就越高。

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光刻机制程与采用光源的关系

光刻机是用“光”来雕刻其他物品的机器，其采用波长固定的单色光，在波长的选择上，充分展示了光刻机的发展历程。光的波长越短，发生的衍射现象越轻微，成像质量就越清晰，制造出来的晶体管精度就越高，所以通常采用波长较短的光来制造芯片。但是，波长也不能太短，短到一定程度之后就是X光，又名X射线，这种光穿透性非常强，很难通过光路系统进行操作。

光源的波长越小分辨率越高，但是产生光的难度也越高。第一代光刻机光源是g-Line（波长为436nm），以及之后采用的汞灯光源（波长为365nm）进行光刻，此时加工的芯片精度极限大约是250nm。随着技术的发展，光刻机使用了深紫外光，又名DUV（波长为193nm），但是获得被激发的ArF准分子难度较大。通过在光刻机中加入特种液体也能改变光的波长，提高加工精度，但采用这种方式加工出的芯片制程最小也只能达到22nm[1]。而目前，最先进芯片的制程已经能够达到3nm，远远小于22nm，与之匹配的光刻机的光源波长为13.5nm，被称为极紫外光（EUV），这种光源的技术难度进一步提高。

光刻机的五代光源及其制程[2]

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极紫外光光刻技术专利申请态势

自第一件极紫外光光刻技术相关专利1998年公开以来，相关专利数量整体呈现稳定增长趋势，而2021年的数量增长更是尤为迅猛。从申请主体来看，阿斯麦、蔡司和尼康在该领域内的专利申请拥有数量位列三甲，特别是阿斯麦和蔡司公司，两者总和占专利申请总量的30%左右，并且在近几年增长趋势显著的情况下，更是在2021年直接翻倍。尼康公司申请的专利要早于阿斯麦公司，但在实际产业中，尼康并未更早地推出产品，后续申请的专利数量也不多。中国在该领域内的专利申请数量整体较少，研究起步时间也较晚，增长速度也并不明显。

从专利申请的全球布局来看，日本、美国、韩国和中国是相关专利布局最多的国家。在专利布局时，通常需要考虑的因素包括市场活跃度、研发热度、布局成本及收益等，美国和中国是世界上重要的应用市场，日本在光刻材料、光刻技术方面的综合实力较强，韩国和中国是重要的代工市场，这些与专利在全球布局所反映出来的也是一致的。最大的光刻机生产厂商阿斯麦公司隶属于荷兰，但其在本土的专利申请量并不多，其申请量主要集中在上述国家，可见专利布局与技术研发、市场应用的相关度更高，更应重点考虑。

从专利申请主体所申请的专利数量排名来看，阿斯麦和蔡司位列第一梯队，尼康、台积电、富士、信越及旭硝子位列第二梯队。从申请主体所属国家来看，在前十名的公司中，日本公司最多有五家，占有一半比例。从产业分布来看，阿斯麦和蔡司主要是主机制造厂，主导最先进的量产光刻机制造；日本公司主要是配套厂，在光刻胶、化学材料、清洗技术等方面整体实力很强。

极紫外光光刻机涉及技术广泛，系统复杂，阿斯麦公司虽然有五家子公司，例如Cymer子公司主要用于生产光源，HMI子公司用于生产电子光束的检查仪，Wijdeven Motion子公司主要生产直线电机，但他们也不能单独制造出光刻机的所有零部件。据悉，阿斯麦光刻机的供应商高达3000家，此外还存在大量的隐藏供应商，这也是在上面专利申请中的其他申请主体较多的原因之一。

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小   结

极紫外光光刻技术的发展，展现了人们对于卓越和极致的追求。同时也揭示了，技术和产业的领先需要一个极其漫长且耗费极大的积累过程，需要更加持久和专注地投入。中国企业在研发中，要充分挖掘已有专利技术信息，从中发现技术发展脉络，梳理研发思路，少走弯路；同时也要积极做好布局专利，更好地保护创新，为自己的企业保驾护航。

注释：

[1]https://finance.sina.com.cn/wm/2021-12-30/doc-ikyakumx7227096.shtml

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/ih6Hu2JswBhlEixkcK5w1g

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