文/王楊，阮妹，楊夢雨，王茜

光刻機(jī)又名掩模對準(zhǔn)曝光機(jī)、曝光系統(tǒng)、光刻系統(tǒng)等，是大規(guī)模半導(dǎo)體制造的核心設(shè)備，它的精度決定了芯片制程的精度，被譽(yù)為半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠。全球高精度半導(dǎo)體用光刻機(jī)主要來自荷蘭的ASML以及日本的Nikon和Canon這三家公司，而最頂級的EUV光刻機(jī)僅有ASML公司能夠生產(chǎn)，最高能支持2nm芯片的制造，而我國光刻機(jī)領(lǐng)域最為領(lǐng)先的上海微電子裝備公司目前僅能生產(chǎn)90nm工藝制程的光刻機(jī)。

我國在光刻機(jī)領(lǐng)域與國外存在較大差距，因此，對于光刻機(jī)領(lǐng)域的全球發(fā)展態(tài)勢研究是極為重要的，不僅可以及時掌握光刻機(jī)技術(shù)的最新研究進(jìn)展，為國內(nèi)光刻機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展指明方向，還能夠?yàn)橄嚓P(guān)科技政策的制定提供參考和借鑒。

國外機(jī)構(gòu)在光刻機(jī)領(lǐng)域處于壟斷地位，國內(nèi)光刻技術(shù)的研究起步相對較晚，對于光刻機(jī)的研究基本上是追隨國外機(jī)構(gòu)的研究步伐。目前，國內(nèi)對光刻機(jī)的研究主要集中在深入研究先進(jìn)光刻機(jī)的技術(shù)、改進(jìn)光學(xué)元件和精密器件以及對已有光刻技術(shù)的創(chuàng)新三個方面。

文獻(xiàn)計(jì)量法利用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法，對學(xué)術(shù)成果進(jìn)行評價，客觀分析某一領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)和趨勢等。目前，鮮少有國內(nèi)學(xué)者利用文獻(xiàn)計(jì)量的方法對全球光刻機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢做系統(tǒng)梳理，但是與光刻機(jī)研發(fā)密切相關(guān)的集成電路、數(shù)學(xué)和機(jī)械工程等領(lǐng)域，仍有不少學(xué)者利用文獻(xiàn)計(jì)量法對該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢展開研究。

一、方法與數(shù)據(jù)

本文基于文獻(xiàn)計(jì)量法，從專利和論文的角度出發(fā)，通過分析科研成果的年度分布、研究熱點(diǎn)變遷、知名機(jī)構(gòu)的區(qū)域分布，剖析全球光刻機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢及研究熱點(diǎn)，并重點(diǎn)研究國內(nèi)外光刻機(jī)領(lǐng)域的領(lǐng)先機(jī)構(gòu)——ASML公司和上海微電子裝備公司，探討我國與國外光刻機(jī)領(lǐng)先機(jī)構(gòu)的技術(shù)差距和不足，并提出相應(yīng)的建議，以期為學(xué)者們的科研工作、光刻機(jī)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)交流提供有價值的參考，同時為國家科技政策的制定提供借鑒。

本文的數(shù)據(jù)來源主要有專利與論文數(shù)據(jù)，其中專利數(shù)據(jù)來源于上海市研發(fā)公共服務(wù)平臺管理中心的自有專利數(shù)據(jù)庫。

二、全球光刻技術(shù)的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀

高新技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展往往伴隨著領(lǐng)先的理論研究與不斷更迭的技術(shù)創(chuàng)新，本文從專利和論文這兩個角度，分析全球光刻技術(shù)的理論研究現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢。

(一）全球技術(shù)創(chuàng)新與理論研究現(xiàn)狀

1.科研成果年度分布

本文對自1990年至2019年的基礎(chǔ)研究與專利申請進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)光刻機(jī)領(lǐng)域申請專利數(shù)與論文發(fā)表數(shù)相當(dāng)，自2000年以來對該領(lǐng)域的研究一直處于活躍狀態(tài)，如圖1所示。

其中，英文專利的申請?jiān)?004年達(dá)到峰值后回落，在2017年左右再次出現(xiàn)了一個階段性的小高峰；中文專利則自2002年后一直穩(wěn)步上升，于近年達(dá)到千量級別。在論文產(chǎn)出方面，2003年至2005年是全球理論研究產(chǎn)出增長最迅速的階段，并于2008年左右達(dá)到頂峰，而后緩慢下降。通過對光刻機(jī)領(lǐng)域的研究產(chǎn)出發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)21世紀(jì)初期是光刻機(jī)領(lǐng)域理論研究和技術(shù)創(chuàng)新的加速發(fā)展期。EUV LLC聯(lián)盟的幾百位科學(xué)家發(fā)表了大量論文，證明EUV光刻機(jī)可行性的時間點(diǎn)；2004年，ASML和臺積電共同研發(fā)出第一臺浸潤式微影機(jī)；同年，尼康宣布了157 nm的干式光刻機(jī)和電子束投射產(chǎn)品樣機(jī)。

2.國內(nèi)外專利研究熱點(diǎn)變遷

對熱點(diǎn)的研究方向變遷進(jìn)行分析可以了解該領(lǐng)域的研究狀態(tài)及研究趨向。研究發(fā)現(xiàn)，英文專利中，光源、光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)元件的研究熱度比較高。隨著EUV光刻機(jī)的量產(chǎn)，浸沒式液體等有關(guān)浸沒式光刻機(jī)的研究熱度逐漸降低。

比較來看，近幾年中文專利中關(guān)于“曝光設(shè)備”“PCB板”“曝光光源”的研究比較熱門。國內(nèi)EUV光刻機(jī)相關(guān)技術(shù)的研究熱度比較低。由此推知，在國外機(jī)構(gòu)對EUV光刻機(jī)技術(shù)有了重大突破后，我國依舊對EUV光刻機(jī)相關(guān)的技術(shù)缺乏研究。

3.國內(nèi)外知名機(jī)構(gòu)區(qū)域分布

機(jī)構(gòu)尤其是企業(yè)，是技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新的主體。EUV光刻機(jī)的誕生即是由企業(yè)聯(lián)合科研院所完成理論可行性的論證后，再由企業(yè)完成產(chǎn)品化到量產(chǎn)的過程。從地域分布來看，全球光刻機(jī)領(lǐng)域的巨頭ASML公司（荷蘭）和CARL ZEISS SMT GMBH（德國）均位于歐洲。日本公司曾是光刻機(jī)領(lǐng)域的巨頭，自2002年ASML公司生產(chǎn)出浸入式光刻機(jī)XT：1700i之后，日本公司逐漸失去了在光刻機(jī)領(lǐng)域的優(yōu)勢地位，目前只在中低端領(lǐng)域占據(jù)較多的市場份額。

國內(nèi)知名機(jī)構(gòu)臺灣積體電路制造股份有限公司（簡稱：臺積電）是全球三大半導(dǎo)體公司之一，本身也具有較強(qiáng)的科研實(shí)力，并已與ASML公司展開深度合作。其余研究機(jī)構(gòu)主要集中在北京、上海，以高校和科研院所為主。而實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的光刻機(jī)樣品與實(shí)際生產(chǎn)活動中使用的光刻機(jī)仍存在一定的差距，高校和科研機(jī)構(gòu)需要與半導(dǎo)體制造商進(jìn)一步加強(qiáng)合作，了解光刻機(jī)的生產(chǎn)需求。

（二）國內(nèi)外重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新主體對比研究

本文以全球光刻機(jī)領(lǐng)域的巨頭——ASML和國內(nèi)光刻機(jī)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者——上海微電子裝備（集團(tuán)）股份有限公司（以下簡稱“上海微電子”）為例，從企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新成果對國內(nèi)外光刻機(jī)技術(shù)創(chuàng)新主體的研究特點(diǎn)和研究方向變遷進(jìn)行比較。

ASML成立于1984年，是飛利浦旗下的一家合資小公司，公司自1997年起持續(xù)有光刻機(jī)專利產(chǎn)出。上海微電子成立于2002年，在2004年 開 始 在 光刻機(jī)專利方面有了突破，此時ASML已在專利申請上十分活躍。單從發(fā)展起步時間的角度來看，國內(nèi)機(jī)構(gòu)就與國外機(jī)構(gòu)存在一定差距。如圖2所示，上海微電子的發(fā)展過程較為平穩(wěn)，在2010年達(dá)到頂峰后，逐步維持在五十個以上的專利申請。而ASML雖然較2004年的巔峰時期回落，但每年申請的專利仍在上海微電子之上。

ASML公司在EUV輻射上的研究熱度在2012—2014年達(dá)到最高值，期間ASML收購了美國頂級光源企業(yè)Cymer，現(xiàn)今ASML為全球唯一一家能生產(chǎn)EUV光刻機(jī)的廠商。此外，基材臺和圖案輻射束是近幾年的研究熱點(diǎn)，而浸沒式液體以及浸沒式光刻設(shè)備熱度波動比較大，自2004年開始有一定量的技術(shù)成果，到2010年開始明顯降溫。

相比之下，上海微電子的研究主要集中在投影物鏡、測量系統(tǒng)等光學(xué)元件以及精密機(jī)械部件上，在EUV光刻機(jī)領(lǐng)域并未有太大的突破，這與我國光刻機(jī)領(lǐng)域的整體情況相一致。在研究進(jìn)度方面，上海微電子要落后于ASML公司。

三、結(jié)論與建議

目前，ASML是光刻機(jī)行業(yè)的巨頭，在45nm以下高端光刻機(jī)設(shè)備市場占據(jù)份額高達(dá)80%以上。ASML公司在光刻機(jī)領(lǐng)域的壟斷地位與其在技術(shù)上的研發(fā)創(chuàng)新密不可分。因此，為進(jìn)一步推動我國光刻機(jī)技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)大我國在全球光刻機(jī)領(lǐng)域的影響力，本文從政產(chǎn)學(xué)研用多主體出發(fā)提出如下建議。

（1）在國家方面，政府加大扶持光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，設(shè)立專項(xiàng)基金，為光刻機(jī)企業(yè)提供部分研發(fā)資金。政府牽頭建立由政府、科研院所、光刻機(jī)制造商等協(xié)同參與的技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)平臺，促進(jìn)科研成果的共享和技術(shù)轉(zhuǎn)移。同時，政府積極制定光刻機(jī)領(lǐng)域的人才引進(jìn)計(jì)劃，吸納國外的優(yōu)秀專家和學(xué)者。

（2）在企業(yè)方面，光刻機(jī)制造商可借鑒ASML公司的發(fā)展策略，建立優(yōu)勢技術(shù)互補(bǔ)和利益共享機(jī)制，形成從基礎(chǔ)研發(fā)、零部件研發(fā)制造到核心部件研發(fā)制造的技術(shù)鏈，建立自己的工藝研發(fā)生產(chǎn)線，共同推動光刻機(jī)領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。

（3）在科研機(jī)構(gòu)和高校方面，科研院所和高校積極對接光刻機(jī)制造商和半導(dǎo)體制造商，掌握半導(dǎo)體制造商對光刻機(jī)的要求以及光刻機(jī)制造的技術(shù)難關(guān)，以企業(yè)需求為導(dǎo)向，積極開展科研攻關(guān)。高校與科研機(jī)構(gòu)也可以與光刻機(jī)制造商聯(lián)合舉辦學(xué)術(shù)交流活動，為科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)建立一個穩(wěn)定的溝通交流平臺，促進(jìn)科研成果的生產(chǎn)運(yùn)用。