【易起解惑】什么是光刻机：决定芯片生产精度的核心设备

光刻机是制造半导体芯片的关键设备之一。它的主要工作原理是将设计好的电路图通过一系列光刻工艺转移到半导体材料上。

具体来说，光刻机的工作过程可以分为以下几个步骤：

1.首先，在半导体晶圆表面涂上一层光刻胶，这是一种对光敏感的材料。

2.然后，将设计好的电路图通过光刻掩模（类似透明胶片）投射到涂有光刻胶的晶圆上。这时，光刻胶会被曝光并发生化学反应。

3.接着，通过化学显影液将曝光的部分清洗掉，这样在半导体表面就留下了与电路图相同的光刻胶图案。

4.最后，通过刻蚀工艺将没有被光刻胶覆盖的部分腐蚀掉，从而在半导体材料上形成电。

在半导体产业中，光刻机是制造集成电路的关键设备，其技术进步直接推动了芯片性能的提升。光刻机的生产精度主要受光源波长、数值孔径、工艺系数和机台性能几个方面的影响。光源波长越短，分辨率越高；数值孔径的增大可以提高成像精度；工艺系数的优化通过计算光刻等技术实现更精细的图案转移；而机台性能的提升则确保了曝光过程的稳定性和产能。

光源波长：光源技术是光刻机的核心技术之一，从早期的汞灯到现在的极紫外（EUV）光源，光源波长的不断缩短，使得光刻机的分辨率不断提升。

数值孔径：数值孔径（NA）是决定分辨率的关键，是描述光刻机成像能力的重要参数。随着技术的发展，光刻机的NA值不断提高，从而实现了更高密度的集成电路制造。

工艺系数：计算光刻技术能够提高工艺参数，主要通过软件模拟和优化光刻过程实现，提高了光刻工艺的精度和效率，具体包括光学邻近效应校正（OPC）、光源-掩膜协同优化（SMO）等技术。

机台性能：机台性能是产能与稳定性的保障。高性能的机台系统，如双工作台技术，可以显著提高光刻机的生产效率和稳定性，满足大规模生产的需求。

市场格局方面，在全球光刻机市场中，荷兰阿斯麦（ASML）、日本尼康和日本佳能三家公司占据了绝大多数的份额，其中ASML以其EUV光刻技术成为市场的绝对领导者。随着全球晶圆厂的新建和扩产，光刻机市场需求持续增长。而国产技术方面，国产光刻机产业正通过技术创新和产业链合作逐步打破国外厂商的垄断，并通过自主研发和技术创新不断提升产品的技术水平。此外，国产光刻机产业的发展离不开上下游产业链的紧密合作，通过与原材料供应商、设备制造商和终端用户的协同，形成了良性的产业生态，推动了国产光刻机技术的快速发展。

光刻机作为半导体产业的核心设备，其技术进步与芯片生产能力和生产质量息息相关，也对国家安全和经济发展具有重要意义。随着国产光刻机技术的不断成熟，我国芯片生产能力有望逐步提升。但对于普通投资者而言，参与芯片产业发展的过程中，直接投资芯片相关公司的风险和门槛较高，通过投资相应指数是一种更为合适的选择，如半导体芯片ETF（516350，场外联接A/C 018411/018412）、半导体材料设备ETF（159558）。

图：中证芯片产业指数行业分布

数据来源：Wind，数据截至2024年7月25日 注：按申万二级行业分类

图：中证半导体材料设备主题指数行业分布

数据来源：Wind，数据截至2024年7月25日 注：按申万二级行业分类

​