DUV和EUV光刻機的區(qū)別在哪？

報告集中回答三個問題：

1、DUV為何能夠繼續(xù)供應?

2、而EUV為何被美國控制?

3、DUV和EUV將成為制程世代分水嶺的背后

一、DUV技術由日本和荷蘭獨立發(fā)展：

ArF干法后期兩大路徑之爭，ArF濕法勝于F2。2002年DUV技術在干法ArF后期演化成2條主要進化方向：

其一是用157nm的F2的準分子光源取代193nm的ArF光源。該方法較浸沒式ArF更為保守，代表廠商是尼康和佳能。

其二，采用臺積電林本堅的方案，依然使用193nm的ArF光源，但是將鏡頭和光刻膠之間的介質(zhì)由空氣改成液體。

193nm的光經(jīng)過折射后，等效波長為134nm，從而實現(xiàn)比F2光源更高的分辨率。浸沒式ArF的代表廠商是ASML和臺積電。由于F2光源無法穿透水，因此無法和浸沒式技術相結合，進一步提升分辨率。ArF濕法在光刻精度上勝于F2。

以ArF浸沒式為切入點，ASML（ASML.US）成為DUV時代龍頭。2002年臺積電（TSM.US）林本堅提出ArF浸沒式方案，隨后ASML在2003年成功推出第一臺浸沒式光刻樣機。尼康雖然在2006年也順利推出ArF浸沒式光刻機，但市場先機早已被ASML奪走。伴隨著ASML和臺積電ArF浸沒式技術的成功，ASML和臺積電實現(xiàn)了雙贏。在光刻機領域，ASML開始奮起反超Nikon;臺積電也成為第一家實現(xiàn)ArF浸沒式量產(chǎn)的公司。

因為ArF系列光刻機可用于制造7nm-130nm制程的芯片，而且該制程范圍內(nèi)的芯片占芯片供應的60%多，所以ASML的市場份額快速提高，自2006年超越尼康成為全球光刻機龍頭以后，其行業(yè)領導地位維持至今。同時，由于核心浸沒式技術主要來自臺積電，所以美國在DUV領域不具備統(tǒng)治地位，ASML向中國出貨DUV光刻機也無需得到美國授權。

二、EUV自出生就被美國從資本和技術層面全面掌控(與DUV有本質(zhì)的不同)

1997年至今，ASML被美國從資本和技術方面的滲透是一個循序漸進的過程。我們按事件的進程可以分為以下三個階段。

1)1997年EUV LLC聯(lián)盟成立，ASML成功入局。EUV技術起源于英特爾和美國政府牽頭成立EUV LLC聯(lián)盟。該聯(lián)盟匯聚了美國頂尖的研究資源和芯片巨頭，包括勞倫斯利弗莫爾實驗室、勞倫斯伯克利實驗室、桑迪亞國家實驗室三大國家實驗室，聯(lián)合IBM（IBM.US）、AMD（AMD.US）、摩托羅拉等科技巨頭，集中數(shù)百位頂尖科學家，共同研究EUV光刻技術。

美國政府擔心尖端技術落入外國公司，所以反對尼康的加入，而ASML做出在美國建立工廠和研發(fā)基地等多項讓步后才成功加入EUV聯(lián)盟。隨后，ASML在2007年收購美國Brion，獲取了光刻技術后，成功開啟并購美國光刻企業(yè)之路。至此，美國開始在EUV技術方面滲入ASML。

2)英特爾入股ASML疊加ASML并購加速，美國加速實現(xiàn)對ASML的資本和技術雙控制。隨著ASML在DUV時代取得成功以及摩爾定律的逐漸放緩，美國計劃后續(xù)用出資入股和技術滲透的形式牢牢把控ASML的后續(xù)EUV技術。2012年，英特爾、三星、臺積電共同買入ASML23%的股權，獲得了ASML光刻機的優(yōu)先供貨權，成為了利益共同體。

同時，ASML并購了美國Cymer、HMI等公司，增強了在光刻、光源、電子束檢測等方面的技術儲備。至此，美國已在技術和資本層面滲入ASML，并逐步掌控ASML EUV光刻機的產(chǎn)能和發(fā)展方向。

3)目前ASML的EUV技術受控于美國。截止2020年末，ASML的EUV中有90%零部件來自進口，而且根據(jù)ASML加入EUVLLC的承諾，美國零部件需占比55%以上。同時，ASML的前三大股東均來自美國，合計掌握ASML近30%的股權。所以，ASML的EUV光刻機的實際控制方是美國而非荷蘭。

DUV已經(jīng)能滿足絕大多數(shù)需求：覆蓋7nm及以上制程需求。DUV和EUV最大的區(qū)別在光源方案。EUV的光源波長為13.5nm，但最先進DUV的光源波只有193nm，較長的波長使DUV無法實現(xiàn)更高的分辨率，因此DUV只能用于制造7nm及以上制程的芯片。鑒于DUV涵蓋了大部分數(shù)字芯片和幾乎所有的模擬芯片。所以，完全掌握DUV技術就能在各類芯片領域有所建樹。然而，隨著先進制程向5nm及以下先進制程進化，EUV成為了剛需。

EUV是未來光刻技術和先進制程的核心。為了追求芯片更快的處理速度和更優(yōu)的能效，需要縮短晶體管內(nèi)部導電溝道的長度，而光刻設備的分辨率決定了IC的最小線寬。因此，光刻機的升級就勢必要往最小分辨率水平發(fā)展。光刻機演進過程是隨著光源改進和工藝創(chuàng)新而不斷發(fā)展的。EUV作為5nm及更先進制程芯片的剛需，覆蓋了手機SoC、CPU、GPU、1γ工藝DRAM等多種數(shù)字芯片。

隨著先進制程的進一步推進，全球半導體制造龍頭臺積電、三星、英特爾紛紛擴大EUV光刻機資本開支，積極擴充7nm以下先進產(chǎn)能。另外，存儲龍頭三星、海力士、美光也隨著它們存儲器制程的進步而加碼擴大EUV光刻機的資本開支。同時，EUV相較DUV簡化了光刻流程的復雜性，使客戶能夠提高成本效益。我們認為，掌握EUV技術，就是掌握未來半導體先進制程的發(fā)展方向和制高點。美國作為全球半導體龍頭，深知EUV技術的重要性，所以必會牢牢控制EUV技術。

基于內(nèi)外雙循環(huán)，當務之急是實現(xiàn)美國主導的非光刻設備(刻蝕機、PVD、CVD、ALD、清洗機、外延、測試、氧化、離子注入等)的突破。

風險提示：半導體下游景氣度不及預期、中美貿(mào)易摩擦加劇、晶圓廠擴產(chǎn)不及預期。