脑洞大开搞双曝光光刻机背后，专利视角看国产光刻机与ASML差距

2020年的某个时间， 上就传出了所谓的“国产28纳米光刻机”要在2021年下半年交付。后面还看到一些消息，说是国产首台28纳米光刻机已完成相关认证。但是最终的情况是，在11月份的时候，所谓的“国产28纳米光刻机”再度跳票。

这几天笔者利用智慧芽有限的试用时间，对光刻机相关专利做了梳理。总体上的感觉是：大家不要期望太高，因为目前即便想突破所谓的“28纳米光刻机”，有一个前提就是产业链要齐全，要给上海微电子提供足够的配套能力。从现有的专利分布来看，在关键的一些零部件上，国内还缺乏必要的配套能力，以至于上海微电子不得不亲自动手。

笔者也注意到，上海微电子还申请了“一种3D打印铺粉系统、3D打印装置及3D打印铺粉方法”的专利，这是要玩3D打印的节奏么？

专利数量视角上海微电子装备与ASML的差距

在智慧芽上，笔者以lithography搜索了光刻技术专利，总共获得529365条专利信息，剔除已失效、撤回等的专利，有效专利有243564项。目前持有光刻技术专利最多的企业是ASML荷兰有限公司，有22060项，其中有效专利11765项。其次是台积电，专利21122项，其中有效专利18974项，台积电也是持有有效专利最多的公司：

在这份专利数量超过2000项的名单中，排名前列的主要是日美企业，比如美国的IBM、格罗方德，日本的佳能、东芝、尼康等。值得注意的是，目前佳能、东芝和尼康的光刻技术专利大量失效。实际上在光刻技术进入193纳米浸没式之后，点错科技树的日本光刻企业一蹶不振。佳能已经退出浸没式光刻机，目前靠面板光刻机苦苦支撑。尼康虽然有浸没式光刻机，但主流机台仍然由ASML提供，尼康也被边缘化了。

中国有一大票科研院所和企业持有一定量的光科技术专利，这其中拥有专利数量最多的单一主体是京东方，在面板光刻领域拥有751项专利，有效专利仅有607项。不过拥有最多光刻技术专利的企业非中芯国际莫属，光中芯国际上海和中芯国际北京有效专利合计超过900项：

上海微电子装备是国内目前从事有掩膜投影式光刻机的唯一主体了，拥有514项有效专利。国内还有几家无掩膜光刻企业，比如已上市的合肥芯碁微装，还有正在辅导中的江苏影速集成。

专利分布视角看上海微电子装备与ASML的差距

光刻机是一项系统工程，设计机械、光学、材料、信息技术等多个学科，这一点可以从ASML荷兰有限公司的专利分布就可以看出：

一台EUV光刻机十几万零件的说法流传甚广，的确光刻机是个非常复杂且高度精细化的设备。结构上来看，光刻机无非是由光源、掩膜台、工作台、晶圆传输、控制系统和量测系统等组成：

ASML的光刻机产业链上有蔡司、Cymer等一众行业顶尖公司来支撑，这一点是上海微电子装备不具备的。此外我们也看到，ASML的光刻技术专利分布甚广，即便在光刻机配套软件上，也申请了多达288项专利，而上海微电子装备则为零蛋。

目前总体上在关键的一些零部件上，国内还缺乏必要的配套能力，靠上海微电子一家想做出像样的光刻机，还是太难了。

动手干华卓精科的活，又提出脑洞大开的双曝光装置光刻机，上海微电子光刻机憋大招？

上海微电子有407项专利横跨多个细分领域，这407项专利的公开年从2006年开始，也持续了15年之久。下图是2015年10月公开的一项美国专利（工件台和掩膜台与光刻机共享的平衡质量系统），价值评估69万美元。在这份专利中上海微电子装备在掩膜台和工作台加装了一套可共用的由平衡质量块和抗漂移和补偿装置，用以消除对掩膜台系统使用额外支撑的需要，也提高了结构的紧凑型：

在2020年8月授权的一项美国专利中，上海微电子加装了一套控制垂直传感器，在扫描曝光前对工件进行测量，以获得工件整体表面轮廓数据，使工件表面每个曝光场的θ与该曝光场参考焦平面重合，提高控制的精度：

这项专利评估价值50万美元，属于价值比较高的一类。

众所周知，ASML是通过双工作台来提升曝光效率的。在2020年8月授权的一项美国专利中，上海微电子装备则提出了拥有双曝光装置的光刻方法。在这份专利中公司提到，至少两个曝光装置相对于用于扫描曝光的方向彼此对称设置在基板上方，并为被配置为同时在基板上产生两个曝光场以曝光基板在曝光场内的部分：

在华卓精科双工作台精度迟迟达不到所谓的“28纳米光刻机”要求下，上海微电子装备这项专利能否打开新的局面呢？

在笔者整理的这份专利资料中可以看出，上海微电子装备在其他通用零部件制造、工业自动控制系统装置制造、液压动力机械及元件制造等领域申请了多项专利。看起来多，但实际上总共有33项专利。公司在2017年获得“气浮传输装置及传输方法和应用”的专利，这项专利用于向工件台传送晶圆：

2021年8月上海微电子装备有一项专利“气浮轴承装置、运动台以及光刻设备”进入实质审查阶段：

华卓精科是提供纳米级精度运动及测控系统的，也是全球第二家拥有双工作台技术的厂商，但说实话目前进度比较拉胯。上海微电子装备现在不仅做工作台，还提出了多曝光装置的光刻机，莫不是要换道追赶了？

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