眾所周知，在當(dāng)前的芯片制造環(huán)節(jié)中，光刻是其中一個(gè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。而光刻就需要用到光刻機(jī)，而7nm及以下芯片的光刻時(shí)，就需要用到EUV光刻機(jī)。EUV光刻機(jī)非常復(fù)雜，全球只有ASML一家企業(yè)能夠生產(chǎn)。

同時(shí)EUV光刻機(jī)成本非常高，一臺(tái)EUV光刻機(jī)售價(jià)超過(guò)10億元，最新的0.55數(shù)值孔徑的EUV光刻機(jī)，價(jià)格更是超過(guò)3億美元（20億元）。

這對(duì)于一般的晶圓企業(yè)而言，是不可承受的成本，所以一直以來(lái)，業(yè)界都探討EUV光刻機(jī)的替代方案。

美企突破光刻機(jī)技術(shù)

臺(tái)積電和ASML這兩家企業(yè)，是一路相輔相成走過(guò)來(lái)的，如今又是同病相憐，擁有著各自領(lǐng)域全球最頂尖的技術(shù)，但因?yàn)闊o(wú)法擺脫含美少部分技術(shù)，直接被拿住了“七寸”，并且逐步跨入了“陷阱”中，成為了老美限制中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的“棋子”。

臺(tái)積電如今算是喪失了斗志，作為負(fù)責(zé)人的劉德音，多次表態(tài)：“大陸市場(chǎng)沒(méi)有那么重要，丟失的產(chǎn)能訂單可以很快彌補(bǔ)回來(lái)，去美化產(chǎn)能的建設(shè)不是現(xiàn)階段目標(biāo)，目前最重要的是保持技術(shù)領(lǐng)先和工藝極致。”

這很顯然又掉入了另外一個(gè)“坑”當(dāng)中，目前大陸份額不足8%，且都是中低端產(chǎn)能，伴隨著國(guó)內(nèi)芯片廠商的快速崛起，隨時(shí)都有可能被取代，而對(duì)美企客戶的依賴程度達(dá)到了72%，放棄大陸市場(chǎng)那一刻開(kāi)始，臺(tái)積電就已經(jīng)丟失了最好的“退路”。

反之ASML對(duì)目前的形勢(shì)了解的更透徹，在老美扶持英特爾取代臺(tái)積電曝光之后，ASML為了保住中國(guó)市場(chǎng)份額，直接選擇了和老美“硬鋼”，多次申明不會(huì)放棄中國(guó)市場(chǎng)，并且在行動(dòng)上予以回應(yīng)，不僅大量出貨光刻機(jī)，還擴(kuò)建配套工廠、擴(kuò)展中國(guó)員工。

根據(jù)此前傳出的消息，英特爾將會(huì)優(yōu)先獲取到下一代的EUV光刻機(jī)，意味著臺(tái)積電的優(yōu)先獲取權(quán)已經(jīng)被剝奪了，老美重振本土產(chǎn)業(yè)鏈的計(jì)劃已經(jīng)啟動(dòng)了，臺(tái)積電和ASML都將成為“犧牲品”，目前美企已經(jīng)展開(kāi)了對(duì)于光刻機(jī)的研發(fā)，試圖擺脫對(duì)EUV光刻機(jī)的依賴。

受到進(jìn)出口限制的影響，ASML的EUV光刻機(jī)只能銷(xiāo)售給特定客戶，這也讓各個(gè)國(guó)家啟動(dòng)了對(duì)于光刻技術(shù)的研發(fā)，試圖擺脫被掌控的命運(yùn)，而這個(gè)時(shí)候美企也開(kāi)始落井下石，目前已經(jīng)取得了相對(duì)應(yīng)的成效，ASML的實(shí)際處境不容樂(lè)觀。

美企Zyvex使用電子束光刻機(jī)，成功制造出了0.7nm的芯片，要知道受到摩爾定律的影響，目前可證實(shí)的極限工藝為1.4nm，而現(xiàn)階段能夠量產(chǎn)的最頂尖工藝為3nm，綜合對(duì)比起來(lái)ASML并不具備優(yōu)勢(shì)。

據(jù)悉這種電子光束精度是比EUV要高的，可以用于后續(xù)光子芯片的制造，5nm芯片就已經(jīng)需要在指甲蓋大小的空間，集成上百億根的晶體管，依靠目前的技術(shù)顯然是無(wú)法突破，而電子光束光刻機(jī)已經(jīng)突破到了原子級(jí)，一旦成功研發(fā)并商用的話，ASML的技術(shù)很有可能被取代。

畢竟EUV光刻機(jī)產(chǎn)能有限，很多芯片廠商都獲取不到，只能利用DUV光刻機(jī)來(lái)解決問(wèn)題，而美光科技就利用多重曝光技術(shù)，成功推出了1β工藝，有效提升了芯片15%的能效，以及35%的內(nèi)存密度，接近于EUV光刻機(jī)的效果，并且樣品已經(jīng)成功推動(dòng)給了客戶。



三大光刻技術(shù) 各有所愛(ài)

目前已經(jīng)被確定的替代EUV光刻機(jī)的方案已經(jīng)有三種，分別是1、納米壓印光刻（NIL）；2、直接自組裝（DSA）光刻；3、電子束光刻（EBL）。

EBL電子束光刻機(jī)，大家可能熟悉了，上述美國(guó)公司Zyvex就搞出了一臺(tái)電子束光刻機(jī)(EBL)，并制造了768皮米（0.768nm），不過(guò)這種光刻方式速度慢，不可能用于在規(guī)模芯片制造。

而納米壓印光刻技術(shù)，目前被佳能押注，目前佳能已經(jīng)能夠提供NIL光刻機(jī)，比如東芝，就一直想用NIL光刻機(jī)來(lái)生產(chǎn)NAND閃存，同時(shí)在NIL光刻專(zhuān)利中，佳能遙遙領(lǐng)先。

當(dāng)然，目前NIL光刻機(jī)還不能與EUV光刻機(jī)相比，NIL光刻機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到EUV的精度，但未來(lái)能可就說(shuō)不準(zhǔn)了。

DSA光刻，目前沒(méi)有一定特定的廠商在下注，就像佳能對(duì)于NIL技術(shù)一樣。但如下圖所示，在NIL、EUV、DSA三大光刻機(jī)上，巨頭們都早已布局了。

佳能當(dāng)然主要布局NIL，在NIL專(zhuān)利中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，至于EUV方面，基本上不關(guān)注，DSA光刻基本放棄。

而臺(tái)積電、三星這兩大晶圓巨頭，則是NIL、EUV、DSA三大光刻技術(shù)，都是做了準(zhǔn)備，不過(guò)EUV光刻的專(zhuān)利相對(duì)多一點(diǎn)，再是NIL,最后是DSA。

而ASML當(dāng)然發(fā)力EUV，但對(duì)NIL也比較關(guān)注，專(zhuān)利方面，EUV有345件，而NIL上也有187件，在DSA上則只有16件。

蔡司作為EUV光刻機(jī)的重要供應(yīng)鏈，主要還是發(fā)務(wù)EUV，專(zhuān)利上占到了353件，而NIL也有38件，DSA則為0。

很明顯，被ASML壟斷了EUV光刻機(jī)后，鑒于成本、產(chǎn)能等問(wèn)題，EUV光刻機(jī)其實(shí)也面臨著非常大的競(jìng)爭(zhēng)，也許現(xiàn)在還看不到對(duì)手，但未來(lái)還真說(shuō)不準(zhǔn)。



中國(guó)光刻機(jī)的三次“突破”

在1952年，我國(guó)步入計(jì)算機(jī)科研，國(guó)家也正是成立了計(jì)算機(jī)科研小組，而此時(shí)的中國(guó)相對(duì)于外國(guó)來(lái)講，GDP仍然差距較大。

直到1956年，我國(guó)正式開(kāi)始重視半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，并且成功研制出第一只晶體三極管，從此中國(guó)進(jìn)入半導(dǎo)體的新紀(jì)元，然而此時(shí)相對(duì)世界上第一只三極管的誕生已經(jīng)過(guò)去了長(zhǎng)達(dá)9年的時(shí)間。

伴隨著晶體管的研發(fā)成功，我國(guó)相關(guān)的科研進(jìn)度也飛速加快，然而“天公不作美”，盡管我國(guó)努力在向著光刻機(jī)制造產(chǎn)業(yè)前進(jìn)，但仍然困難重重。

1961年，美國(guó)GCA公司成功制造出第一臺(tái)接觸式光刻機(jī)，再加上新中國(guó)建立初期，美國(guó)、英國(guó)等17個(gè)國(guó)家就成立了國(guó)際巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)，主要是為了限制成員國(guó)向發(fā)展中國(guó)家出口物資和高新技術(shù)，中國(guó)也在封禁的行列之中。

而光刻機(jī)，也被該委員會(huì)列為尖端科技產(chǎn)品，對(duì)于中國(guó)實(shí)施禁運(yùn)，此時(shí)的中國(guó)也正式遭遇第一次“高科技卡脖”。

基礎(chǔ)實(shí)力差，加上外國(guó)這樣的“絆腳石”，讓中國(guó)不得不主張自行研發(fā)。

1977年，歷經(jīng)10年之久的中國(guó)經(jīng)過(guò)自己的不懈努力，上海光學(xué)機(jī)械廠成功制造出JKG-3型接觸式半自動(dòng)光刻機(jī)。

這也代表著此時(shí)的中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在緊跟外國(guó)的科技發(fā)展步伐，然而真正距離美國(guó)制造出的光刻機(jī)已經(jīng)相差近二十年，并且就在同年，美國(guó)再次推出了真正的自動(dòng)化光刻機(jī)。

后來(lái)的中國(guó)通過(guò)老一輩的科研工作者努力，正在一切向著前進(jìn)的方向發(fā)展，然而本以為將會(huì)順利發(fā)展、步入快車(chē)道的中國(guó)光科技產(chǎn)業(yè)，在1984年遭遇了“中斷”。

伴隨著日后光刻機(jī)市場(chǎng)霸主ASML的誕生而打破，并且隨著中國(guó)重視重心逐步趨向于其他行業(yè)，中國(guó)在80年代底，開(kāi)始主張“造不如買(mǎi)”的政策。使得自身的科研進(jìn)度逐步減緩，以至于中國(guó)的集成電路在科研、教育等方面出現(xiàn)脫節(jié)，自主研發(fā)的道路越走越窄。

取而代之的是數(shù)以萬(wàn)千的廉價(jià)勞動(dòng)力，盡管后來(lái)盡力去跟進(jìn)研發(fā)，但由于自身發(fā)展原因加上大環(huán)境影響，導(dǎo)致曾經(jīng)輝煌一時(shí)的半導(dǎo)體盛景已然成為“泡沫”。這也代表著中國(guó)由于自身原因遭遇第二次“卡脖”。

歷時(shí)20年之久，中國(guó)光刻機(jī)技術(shù)一直卡在193nm無(wú)法突破，中國(guó)隨著發(fā)展也逐漸認(rèn)識(shí)到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要性，開(kāi)始探討突破193nm的方法。而此時(shí)的ASML卻已經(jīng)開(kāi)始了EUV光刻機(jī)的研發(fā)工作，并且成功在2010年正式研發(fā)出第一臺(tái)EVU原型機(jī)。

此時(shí)的中國(guó)就已經(jīng)意識(shí)到了其重要性，快速向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)軍。恰巧2000年的中國(guó)，正是大量愛(ài)國(guó)人士回國(guó)創(chuàng)業(yè)的時(shí)代，他們帶著外國(guó)的先進(jìn)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步促使中國(guó)半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)得到光速發(fā)展。

2007年，上海微電子宣布研制出90nm的分布式投影光刻機(jī)，但由于大多數(shù)元器件來(lái)自國(guó)外，西方國(guó)家再次禁運(yùn)，導(dǎo)致無(wú)法量產(chǎn)。后來(lái)國(guó)家為了解決這一難題，除了抓緊整機(jī)制造，還開(kāi)始扶持一系列配套產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，在不懈努力下，光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)也成功在2016年實(shí)現(xiàn)90nm的光刻機(jī)量產(chǎn)。

同年，中國(guó)的清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)和華卓精科成功研發(fā)了光刻機(jī)雙工作臺(tái)系統(tǒng)樣機(jī)，至此中國(guó)光刻機(jī)技術(shù)水平達(dá)到除ASML外的“外國(guó)”同步水平。

然而就在2019年，美國(guó)突然宣布對(duì)華為實(shí)施制裁，并且將制裁范圍從芯片擴(kuò)展至其他更多的領(lǐng)域，光刻機(jī)對(duì)華銷(xiāo)售也在其中。而此時(shí)的中國(guó)，小于5nm的芯片晶圓只能依靠ASML的EVU光刻機(jī)生產(chǎn)，迫于美國(guó)的壓力，荷蘭只能妥協(xié)，中國(guó)因此迎來(lái)光刻機(jī)發(fā)展的第三次“卡脖”。

雖然迫于美國(guó)的壓力，荷蘭無(wú)法向中國(guó)出售先進(jìn)制程的光刻機(jī)，但龐大的中國(guó)市場(chǎng)，讓ASML無(wú)法拒絕其誘惑力，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，在2022年第一季度，ASML共交付62臺(tái)光刻機(jī)，其中21臺(tái)DUV都成功銷(xiāo)往中國(guó)。



中國(guó)封裝光刻機(jī)已位居全球前三

中國(guó)光刻機(jī)領(lǐng)域傳來(lái)了好消息。那就是我國(guó)的封裝光刻機(jī)巨頭長(zhǎng)電科技獲得了全球前三的好成績(jī)，上半年?duì)I收達(dá)到了155.93億元人民幣。更重要的是，中國(guó)封裝巨頭還不僅僅只有長(zhǎng)電科技，全球前10強(qiáng)有8家都是來(lái)自于中國(guó)，這給我國(guó)光刻機(jī)的未來(lái)增添了許多底氣?？峙麓蠹疫€不知道封裝光刻機(jī)是什么來(lái)頭吧？其實(shí)封裝光刻機(jī)不同于我們常見(jiàn)的ASML光刻機(jī)，封裝光刻機(jī)是一種支持芯片堆疊技術(shù)的平臺(tái)，與ASML的作用不同。

在未來(lái)的發(fā)展中，芯片堆疊技術(shù)將占據(jù)非常重要的位置，所以封裝光刻機(jī)是未來(lái)必不可缺的發(fā)展領(lǐng)域。我們中國(guó)在這次的選擇上十分聰明，因?yàn)樵谇岸螘r(shí)間，荷蘭ASML技術(shù)高管曾公開(kāi)表示，EUV光刻機(jī)的技術(shù)研發(fā)似乎已經(jīng)走到了頭，未來(lái)想要繼續(xù)研究更為高級(jí)的芯片，可能要換一條路了。那么封裝光刻機(jī)很有可能就是未來(lái)光刻機(jī)的一條路。不得不說(shuō)，中國(guó)院士倪光南說(shuō)對(duì)了，國(guó)產(chǎn)芯片發(fā)展道路雖然艱難，但是只要我們一步一個(gè)腳印走下去，才能將核心技術(shù)握在手中，屆時(shí)就沒(méi)人敢小看我們了。