EUV光刻设备国内外专利分析之技术发展态势

光刻机是集成电路制造的核心装备，其技术水平决定了集成电路的集成度。光刻机涉及系统集成、精密光学、精密运动、精密物料传输、高精度微环境控制等多项先进技术，是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备。当今最先进的半导体光刻工艺使用EUV光源，EUV光刻是制造下一代半导体芯片的关键步骤。本文聚焦EUV光刻设备，对相关国内外专利进行统计分析（检索时间2023.02，检索平台：Incopat）。

全球EUV光刻设备专利技术发展趋势

根据光源的波长，光刻设备分为第一代（436nm）、第二代（365nm）、第三代（248nm）、第四代（193nm）、第五代（13.5nm），其中第三代、第四代均为深紫外光刻机（DUV），第五代为极紫外光刻机（EUV）。EUV光刻设备制造难度高，机构极其复杂，一台重达数十吨，零部件高达10万多个，因此研究规模明显超越前四代光刻机。

图1：刻设备技术时间趋势

（数据来源：上图上情所研究整理）

图1显示了EUV光刻技术国内外专利总体申请趋势，可见，EUV光刻设备专利技术（蓝色）起步于1986年，1997年以前，发展较为缓慢。EUV光刻技术的研发始于1986年日本电信电话公司（NTT）首先报道EUV光刻曝光成果。1987年苏联的列别捷夫物理研究所和1988年美国AT&T的Bell实验室分别独立报道了其研究成果。从此以后，世界各国的科学家在各种项目的资助下开展了一系列研究。

1997年后，EUV光刻设备技术进入快速增长期。1997年，Intel、IBM等联合美国三大国家实验室（桑迪亚国家实验室、劳伦斯·伯克利国家实验室、劳伦斯·利弗莫尔国家实验室）及其他设备、材料等研发机构成立EUV有限责任公司（EUV limited liability company, EUV LLC），开展综合的上下游、产学研结合的EUV光刻技术研究，并于2003年成现代光刻机原型——Engineering Test Stand（ETS）系统。1998年，ASML与Zeiss、牛津仪器等公司合作进行EUV光刻关键技术研究。ASML在充分利用欧洲和美国研发成果的基础上，于2006年推出商用测试机Alpha Demo Too（ADT）。

2003年专利族数量出现一个小高峰。日本为了开发光源技术及曝光装置技术，2001年设立了EUVA，同年成立以大阪大学为中心的Leading Project，与EUVA密切配合进行研究。Nikon在2003年研制了小型曝光装置HiNA，并于2005年报道其曝光线条，在2008-2009年在Selete安装一台曝光装置，但于2013年基本退出EUV光刻市场。

2012年之后总体呈现稳定缓慢增长态势。2012年台积电、Intel、三星三家IC制造巨头投资ASML进行联合研发，三家同时获得EUV光刻机的优先获取权。2013和2016年，ASML先后向台积电发货第三代和第四代机型NXE:3300B和3350B，逐渐受到业界的认可。

中国EUV光刻设备专利技术发展趋势

中国的EUV光刻设备技术萌芽较晚，首件相关专利于1998年来自国外来华专利申请。由图可知，在2010年之前国外来华申请相较于国内申请量具有较大优势，国外来华申请在2011-2018年的申请量处于平稳状态。受2008年国务院批准实施“02专项”推动，中国本土技术发展从2008年开始明显增长，在2013年和2015年超过20件，但之后数量下降，2018年开始重新呈现增长态势，并于2021年专利数量超过30件。与此同时，2019年之后，国外来华申请专利数量明显减少，分析与中美关系恶化相关，美国推动荷兰对中国禁售EUV光刻设备，我国开始加强EUV光刻技术的自主研发，而国外机构减少对中国市场的关注。

图2：中国EUV光刻设备技术时间趋势

（数据来源：上图上情所研究整理）