光刻机双工件台市场前景及发展趋势
思瀚产业研究院华卓精科    2025-04-17

①光刻机双工件台简介

在集成电路制造工艺中，光刻是决定集成电路集成度的核心工序，该工序的作用是将电路图形信息从掩模版上保真传输、转印到半导体材料衬底上。

光刻工艺的基本原理是利用涂敷在衬底表面的光刻胶的光化学反应作用，记录掩模版上的电路图形，从而实现将集成电路图形从设计转印到衬底的目的。工件台、投影物镜和光源为光刻机的三大核心子系统。光刻机工件台是承载硅片完成光刻过程中一系列超精密动作的运动系统，由吸盘模块、驱动模块、导向模块、位置测量模块和运动控制模块组成。

吸盘模块用于夹持晶圆，驱动模块在导向模块的配合下驱动吸盘模块沿所需方向运动，而位置测量模块将吸盘模块的运动误差实时反馈给运动控制模块，从而根据误差调整控制指令使吸盘模块达到所需的速度和精度。工件台的运动精度直接决定了光刻机的分辨率，其速度和加速度则直接决定了光刻机的生产效率。

光刻机工件台可分为单工件台和双工件台。与单工件台相比，双工件台由两套运动系统和两个工位组成。在工作时，两个运动系统分别承载一片晶圆，其中一个运动系统位于测量工位，对晶圆进行上下片和预对准操作；另一个运动系统处于曝光工位，对晶圆进行加工操作。工作完成后，两个运动系统互换位置，循环使用。在该模式下，晶圆装卸、测量和曝光等工序可并行进行，大大提高了生产效率。除干式光刻机外，光刻机双工件台被广泛应用在浸没式光刻机中。

与干式光刻机相比，浸没式光刻机在曝光过程中在投影物镜和晶圆之间放置了一层水膜，该水膜的存在虽然可提升曝光的分辨率，但同时也会降低晶圆测量的准确性。而双工件台由于具有两套运动系统，测量和曝光的过程分别由不同的运动系统在不同工位进行，水膜仅在曝光工位使用，在测量工位不使用，因而不存在水膜影响测量的问题。由于在产率和浸没光刻适应性等方面具有优势，双工件台一经推出便快速获得了市场的认可。随着浸没式光刻机被广泛应用于高端芯片的主流光刻工艺中，双工件台已成为主流光刻机的选择。

②市场前景

光刻机工件台市场的发展主要由光刻机市场发展推动。光刻机按光源类型可分为五类：I-line 光刻机、KrF 光刻机、ArF 光刻机、ArFi 光刻机（即 ArF 浸没式光刻机，与 ArF 光刻机相比在曝光过程中在投影物镜和晶圆之间放置了一层水膜）、EUV 光刻机；按照应用领域可分为 IC 前道光刻机和 IC 后道光刻机。其中，IC 前道光刻机主要应用于芯片制造，而后道光刻机主要用于芯片封装。根据北京半导体行业协会统计，2023年全球半导体IC光刻机总出货量为681台，其中主要为 I-line 光刻机、KrF 光刻机和 ArFi 光刻机；

2009 年至 2019 年光刻机销售数量复合增长率为 9.57%。随着 IC 制程不断向前推进，IC 元件将更加复杂，平均所需的曝光层数不断增多，这将驱动光刻机需求的增长。未来 EUV光刻机将主要应用在关键层曝光，销售量占比将有望提升；ArFi 光刻机将主要应用在次关键层曝光，KrF 和 ArF 光刻机则将主要应用在非关键层曝光，销售量将保持相对稳定；而 I-line 光刻机在存储芯片的非关键层曝光中还有广泛的应用，但在 28nm 以下节点的逻辑芯片非关键层曝光中的应用则将逐渐减少。

根据北京半导体行业协会统计，2019 年全球 IC 前道光刻机市场规模为135.20 亿美元，2009 年至 2019 年复合增长率为 19.19%。其中，2019 年 EUV光刻机市场规模为 31.00 亿美元，同比增长 47.62%，占整体市场规模的比例达22.93%。随着 EUV 光刻机的销量快速提升，其占整体市场规模的比例将有望进一步提高。

我国光刻机市场的发展主要受益于我国晶圆产能的快速扩张以及设备国产化进程的加速推进。近年来，随着国家加大半导体领域的投入，我国半导体设备采购额逐年增加。根据 SEMI 统计，2018 年中国大陆半导体设备市场规模达131.10 亿美元，同比增长 59.30%，高于全球半导体设备市场规模同比增长率13.97%，中国大陆成为半导体设备市场规模增长最快的地区。此外，随着中国大陆晶圆产能的建设和扩产，中国将成为全球晶圆产能增长的重心，这将带动国产半导体设备的需求增长，为国产光刻机及光刻机工件台的发展提供了良好的机遇。

③发展趋势

双工件台技术自 2001 年推出以来至今已经发展到第二代。相比于第一代双工件台使用的直线电机与气浮导轨的组合，第二代双工件台采用的磁悬浮平面电机驱动导向一体化结构，可实现更轻的重量、更快的速度和更高的精度。第二代双工件台不但可以被应用到当前最主流的 ArFi 光刻机中，更由于其磁悬浮特性所具备极佳的真空环境适应性而可被应用到当前最先进的 EUV 光刻机中。随着主流工艺制程从当前的 10nm 向 7nm、5nm 靠近，EUV 光刻机将逐渐取代 ArFi光刻机成为高端芯片光刻工艺的主要机型，而磁悬浮双工件台也将成为 IC 前道光刻机的主流工件台部件。

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