高端光刻机的进展（高端光刻机技术）

国产光刻机真实现状

中国的光刻机现在达到22纳米。在上海微电子技术突破之前，我国国产光刻机还停留在只制造90nm芯片的阶段。这一次中国从90nm突破到22nm，意味着光刻机制造的一些关键核心领域实现了国产化。掌握核心技术的重要性不言而喻。突破关键区域后，高阶光刻机的RD速度只会越来越快。国产光刻机突破封锁，成功研发22nm光刻机。中国芯逐渐崛起。随着信息社会的快速发展，手机、电脑、电视等电子设备变得越来越“迷你”。从以前的“手机”到现在只有几个硬币厚的时尚手机，从老式的矮胖电视到现在的轻薄液晶电视，无一不离开集成电路的发展，也就是我们通常所说的“芯片”。自从1958年世界上之一块集成电路问世以来，体积越来越小，性能却越来越强。光刻机是半导体芯片制造行业的核心设备。以光刻机为代表的高端半导体设备支撑着集成电路产业的发展，芯片越来越小，集成电路越来越多，可以把终端做得小而精致。2002年，光刻机被列入国家863重大科技攻关计划，由科技部和上海市共同推动成立上海微电子设备有限公司(以下简称“ *** EE”)。2008年，国家启动了“02”重大科技项目，持续攻关。经过十余年的研发，我国基本掌握了高端光刻机的集成技术，部分掌握了核心部件的制造技术，成为集光学、机械、电子等多学科前沿技术于一体的“智能制造行业的珠穆朗玛峰”。

芯片制造专用的前道国产光刻机现在进展情况如何了？是不是连28NM都没有突破？

最近半导体领域之中传来了两个好消息，首先就是华为旗下的哈勃投资了北京科益虹源光电技术公司，并且成为了这家企业的第七大股东。北京科益虹源主营业务是光源系统，而光源系统就是制造光刻机的核心技术之一。同时，北京科益虹源也是全球第三家193纳米ARF准备分子激光器企业。

第二个好消息是，国产光刻机巨头上海微电子目前已经表示，新一代的光刻机会在今年年底或者是明年年初实现量产，而在光源系统之中，采用了与阿斯麦DUV光刻机一样的光源技术，波长突破了193纳米。这就意味着国产代工企业将在今年或者是明年年底就能够实现7纳米工艺的代工水平，并且是在没有阿斯麦光刻机的情况之下。

可以说光刻机领域之中接连传来这两个好消息，对于我们而言，对于国产芯片未来的发展而言，起到了一定推促的促进作用，毕竟一直以来在光刻机领域之中，荷兰的阿斯麦占据绝对的垄断地位，尤其是在极紫外光刻机领域之中，更是处于绝对垄断的地位。

而国内在芯片上的短板就是因为缺少极紫外光刻机，所以导致中国企业没有办法生产出7纳米以及5纳米这样先进制程工艺的芯片。2018年，中芯国际曾经从阿斯麦买订购过一台euv光刻机，但是说到瓦森纳协定的影响，阿斯麦至今都没有出货这台EUV光刻机

后面中兴以及华为的限制使得国内科技企业自主研发的意识被彻底唤醒，于是在这样的情况之下，所有的国内厂商将希望全部中寄托在了中国光刻机企业身上。为了解决这一难题，华为在之一时间就宣布扎根半导体领域，另外，中科院也宣布入局光刻机，并且将光刻机变成科研清单。

好在伴随着时间的推移，如今一个又一个的好消息传来。关于光刻机的两个好消息传来，意味着中国心再次迎来了春天。而这对于阿斯麦来讲当然不是什么好事情。

北大教授曾经说过这样一句话，如果中国依旧拿不到阿斯麦的光刻机，那么在三年之后，中国就将会掌握这项技术，并且一旦中国掌握了这项技术，那么其生产的产本成本一定比任何一个国家都要便宜。

北大教授的这一番话，可以说对于阿斯麦来讲，更是一个重磅炸弹，失去中国市场的阿斯买强会面临地位的威胁，如今日本的尼康以及佳能正在不断崛起，挑战这阿斯麦所在的地位，如果中国真的掌握了光刻机技术，那么阿斯麦想要在进入国内市场基本上没有可能，更不要提凭借中国市场稳固其地位的梦想了。

光刻机的问题解决了，那么芯片的问题自然也就不是问题了。早在芯片禁令实施之初，张召忠就曾经公开表示，再过三年，美国的芯片将会无人购买，因为到那个时候，中国的芯片将会到处都是。

如今看起来，张召忠果然没有说错，相信过不了多久，我们在芯片领域也一定会迎来一定的突破，中国芯片在未来一定会拥有更好的发展，而对中国企业实行打压的硅谷，在将来也一定会尝到失去中国市场的苦果。

如何看待长春光机所euv光刻机进展?

长春光机所EUV光刻机此次进展是国产光刻机光源的突破性进展，技术水平领先世界。

众所周知，EUV光刻机是目前制造高端芯片所需要的最关键设备，只有荷兰的A *** L公司能生产，这也是我国科技方面卡脖子的关键技术之一。

我国目标是要在2025年实现芯片自给率70%，要想实现这个目标，在高端EUV光刻机上实现突破是关键。

长春光机所EUV光刻机此次进展无疑给高端EUV光刻机的研究工作打了一剂强心针。

长春光机所科研成果：

2015年，研究所研制出中国之一台红宝石激光器、之一台大型电影经纬仪等多种先进设备仪器，创造了十几项“中国之一”。

先后参与了包括“两弹一星”、“载人航天工程”等多项国家重大工程项目，先后组建和援建了西安光机所、上海光机所、成都光电所、长春光机学院等10余家科研机构、大专院校和企业单位。

完成了一批国家重大任务，取得了以“神舟五号”、“神舟六号”有效载荷等为代表的一批重大科研成果。

成为中国航天光学遥感与测绘设备、机载光电平台及新一代航空遥感设备和靶场大型光测装备的主要研究、生产基地，在光电对抗、地基空间探测等领域具有影响力。

2016年11月11日，由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所承担的国家重大科研装备研制项目“大型高精度衍射光栅刻划系统的研制”通过验收，并制造出世界更大面积中阶梯光栅。

这标志着我国大面积高精度光栅制造中的相关技术达到国际领先水平。

不仅打破了我国在该领域受制于人的局面，而且能帮助我国光谱仪器产业改变低端化现状，提升拓展国际市场的能力。

目前中国更先进的光刻机（国产28nm光刻机进展）

;     在新能源飞速发展和产品智能化的大背景下，高科技进入蓬勃发展阶段，所有高科技产品最不可或缺的核心部件就是芯片了。作为以智能手机为主要业务的

      华为

      ，对芯片的需求量更是巨大。

      大家都知道生产芯片最重要的器械就是

      光刻机

      ，但由于受到来自

      漂亮国

      的制约，“实体清单”规则被修改后，

      A *** L

      因为生产光刻机的技术有一部分来自于漂亮国，受此影响，连带着芯片代工厂也无法为华为公司提供芯片代工服务。

      华为现在更先进的芯片是采用台积电5nm工艺 *** 的

      麒麟9000芯片

      ，但随着“限制令”的制约，

      麒麟9000

      芯片的库存正在一天一天减少，在无法获得5G芯片的情况下，华为只能采用

      高通

      的4G芯片，没有

      5G

      芯片的支持，华为的5G手机只能当成4G来用，也因此，华为的手机业务受到了重创。

      事实上，不仅是华为，我国其他高科技企业现在都处于“缺芯”状态。如果要解决“缺芯”难题，首先我们就要解决光刻机的自产自研问题。

中科院

      立功了

      为了实现我国高端光刻机的国产化，中科院长光所、上光所联合光电研究院在2009年，启动了“高NA浸没光学系统关键技术研究”，进行高端光刻机的攻坚。该项目于2017年在长春国科精密验收，曝光光学系统研发核心的骨干人员也在同年间转入长春国科精密继续钻研光刻机技术难题。

      在此之后，国望光学引入

      中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

      ，以及

      上海光学精密机械研究所

      推动国产光刻机核心部件生产。在2016年，国望光学研发出90nm节点的ArF投影光刻机曝光光学系统，之后将继续向28nm节点ArF浸没式光刻曝光学系统研发进攻。

      长春国科经济在2018年也传来好消息，攻克了高NA浸没光学系统的关键技术研究。这也是我国实现完全拥有自主知识产权的高端光刻机曝光光学系统的标志。这些成就的达成都离不开中科院的技术支持，可以说中科院立了大功了。

      为什么要花费那么大的精力去研发曝光光学系统呢?这对光刻机的制造很重要吗?这我们就要从光刻机的工作原理说起了。光刻机又叫掩模对准曝光机，它的工作原理简单地说类似于照片冲印的技术。

      光刻的过程就是在 *** 好的硅圆晶表面涂上一层光刻胶，然后通过紫外线或深紫外线透过

      掩膜

      版，把上面的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上，在

      光刻胶

      的覆盖下，这些被光线照射到的部分会被腐蚀掉，而没有被照射到的部分就会被保留下来，形成我们所需要的电路结构。所以曝光系统可以说是光刻机的核心组成之一。

国产光刻机正式传来好消息

      根据国望光学在发出的公示，

      投影光刻机曝光光学系统将应用于28nm芯片的批量生产当中。

      在这之前，我国只能制造出用于90nm制程的光刻机，但随着这两项技术的突破，我国对于28nm光刻机制程实现了突破性的进展。

      28nm芯片有着比90nm芯片更加优越的性能，用途也更加广泛，尤其是对于新能源产业，如新能源汽车或者智能家居产业填补了对于28nm芯片缺失的空缺。

      此外，根据媒体消息，上海微电子也做出披露，在2021到2022年将会交付出之一台28nm工艺的国产沉浸式光刻机。这表明我国完全能实现28nm芯片自由。拥有完整的知识产权和自主产业链，就无畏海外市场在芯片上对我们“卡脖子”了。

      虽然28nm芯片已经能满足大部分的生产需求，但是对于华为这些手机厂商和其他一些国产芯片来说，28nm的精度还是不够用的，接下来我国的下一步目标便是进行5nm制程光刻机的攻克，手机对于芯片的精度要求要更高，所以目前我国还是不能停下研发的脚步。

      虽然目前我国还没研发出5nm制程的光刻机，但已经可以制造出5nm制程的刻蚀机了，这对于我国芯片发展也是一个鼓励性的好消息。

      成果是喜人的，但如果拿来与世界上更先进的7nm制程光刻机比的话还是远远不够的，国产化光刻机的道路还要走很远。

实地探访华为“最强备胎”：火热量产14nm，高端光刻机成转正拦路虎

黄昏时，中芯国际头顶一圈光晕，这似乎是个吉兆

30秒快读

1、先进制程的造芯工艺卡着中国公司的脖子，中芯国际作为国内唯一能够提供14纳米制程的晶圆代工企业，成为“最强备胎”，目前华为已有产品芯片转由中芯国际代工。

2、《IT时报》记者实地走访上海中芯国际，14nm芯片火热量产，7nm工艺研发多时，但碍于高端光刻机缺位，研发进展滞缓。但就像中芯国际头顶的光晕，二期产线火热建设，此次事件被认为是中芯国际“转正”的更好时机。

1999年，农田遍布的张江迎来一批特殊的拜访者，时任上海市长徐匡迪带着一群人来到这里考察，其中就有后来被称为“中国半导体教父”的张汝京。

尽管当时的张江阡陌纵横，但在张汝京眼里，这里是发展中国半导体事业的绝佳试验场，“世界芯片制造业的下一个中心将在上海。”

2000年，张汝京作为创始人的中芯国际落地张江，随后来自芯片行业的上下游企业集聚于此，包括芯片设计、光掩膜制造、封装测试、设备供应、气体供应等企业，中国的半导体产业真正在这片土地生根。

20年后，张江已成为中国的“硅谷” ；20年后，造芯却成为中国的心事，先进制程的制造工艺更成为遏制中国公司发展的卡脖子技术。

图源/中芯国际官网

5月15日，美国商务部下属负责出口管制的产业安全局（BIS）发布通知，称在美国境外为华为生产芯片的企业，只要使用了美国半导体生产设备，就需要申请许可证。这意味着，华为很可能不能再通过台积电量产自家海思设计的高阶芯片，而台积电是全球晶圆代工的顶尖企业，可以生产7nm（纳米），甚至5nm的高端芯片。

危机之下，中芯国际作为国内唯一能够提供14纳米制程的晶圆代工企业，成为“最强备胎”，目前华为已有产品芯片转由中芯国际代工。

近日，《IT时报》记者实地探访上海中芯国际，发现中芯南方厂区在火热量产14nm芯片的同时，也在抓紧建设二期产线；7nm工艺已研发多时，只是由于高端光刻机的缺位，研发进展不是很快。

01

“你看，这里一片火热”

和20年前相比，张江的变化翻天覆地，已从一个乡村小镇进阶为一座现代科学城：不仅交通发达，而且商业繁荣，充满着生活气息，这点与那些只有工厂、生活配套设施缺少的高新开发区很不一样。

5月19日，《IT时报》记者来到中芯国际，它同华虹宏力、日月光等“邻居”已和谐地融入到这座科学城中。目前，中芯国际已经开始量产14nm芯片，并拿到一笔来自华为海思14nm手机芯片的订单。

在14nm产线上工作的周豪（化名）告诉记者：“最近加班比较多，已经向客户供应了8万多批货了；产线上也在招人，比如普工、助理工程师。”由于晶圆厂自动化程度较高，周豪的工作简单且枯燥，只要把晶圆放置到设备上，其他的事交给设备即可。作为普工，他的底薪为3300元，算上加班费，每个月能挣七八千元。58同城上，一条中芯国际 *** 信息显示普工月工资在5500~7500元。

相比产线上普工的工作，宋杰（化名）的工作显得高级些。在实验室工作的他，每天要做的是根据研发人员发来的Case做实验。“14nm产线设在中芯南方，去年下半年建成，今年开始量产；7~8nm的研发，也已经开展很久了。”宋杰说。

据了解，中芯南方由中芯国际、国家“大基金”（国家集成电路产业投资基金）以及上海市“地方基金”（上海市集成电路产业投资基金）以合资的方式成立，为一座12英寸晶圆厂，能满足14nm及以下先进技术节点的研发和量产计划，14nm技术也可用于主流移动平台、 汽车 、物联网及云计算。

宋杰还表示，受限于设备，中芯国际7~8nm的研发进展不是很快，做出来的成品没那么快，也没那么好，“同样一道工序，台积电只要一步就能完成，我们可能需要三四步”。高端光刻机的缺失，是其中最关键的问题，“除了光刻机，别的设备都能解决。”

早在3月，中芯国际对外公布已从荷兰A *** L公司购入了相关光刻机设备，但并非是最新的EUV极紫外光刻机。

5月15日，国家集成电路基金二期和上海集成电路基金二期将分别向中芯南方注资15亿美元和7.5亿美元（合计约合160亿元人民币）。

这个消息的释放，把刚从疫情阴影里走出来的中芯南方设备供应商的热情重新点燃。一位冷却设备供应商很看好与中芯南方的合作，他们已和中芯南方签约了几千万元的生意。

“你看，这么多的工人、这么多的设备，一片火热！国家很重视芯片行业，中芯南方效益会越来越好！”他看着正在修建的中芯南方二期产线，语气间流露出兴奋之色。

据了解，在中芯国际上海厂区保留地块上，中芯南方将建设两条月产能均为3.5万片芯片的集成电路生产线（即SN1和SN2），生产技术水平以12英寸14纳米为主。记者从员工、驻厂设备商等多个信源获悉，中芯南方已完成一期建设，目前正在建设二期。

在中芯国际官网上，记者注意到，从今年年初到现在，中芯国际释放出的职位明显多于去年同期，特别是5月以来，增加了对生产运营类和业务支持类两种岗位的需求，大部分都接受应届生，比如生产线主管、设备工程师、工艺工程师、良率提升工程师、仓库管理员、助理工程师等。这或许是中芯南方14纳米新厂生产火热的一个注脚。

02

华为的“危” 中芯国际的“机”

去年5月，华为被美国商务部列入“实体清单”，谷歌、伟创力、YouTube等美国本土公司对华为按下了暂停键，为此，华为通过“自研+去美化”的方式，开启多种自救模式。

经过一年时间的调整，华为在“自研+去美化”上步步为营：先是在谷歌服务停供前推出自研的操作系统鸿蒙，其后在5G基站上不再使用美国零部件，再在Mate30、P40等高端机型上降低美国零部件含量，P40系列更是首次搭载HMS以替代谷歌GMS。

相比之下，新一轮的限制将是华为真正的至暗时刻。

和芯片设计不同，芯片生产的高投入不可能完全被一家公司所覆盖，就目前而言，大多数芯片制造商依赖于KLA、LAM和AMAT等美国企业生产的设备。

中芯国际3月披露的公告显示，其采购了美国公司LAM和AMAT的设备，且采购金额较大。除了中芯国际，包括台积电在内的全球众多晶圆代工厂都是这两家厂商的客户，他们在沉积、刻蚀、离子注入、CMP、匀胶显影等领域技术领先，尤其先进制程设备，基本没有厂商可以替代这两家企业。

世纪证券一份研报显示，在半导体设备与材料方面，关键技术被欧美日垄断，LAM和AMAT这两家美国公司暂停供货影响显著，其中AMAT的产品几乎包括除光刻机之外的全部半导体前端设备。而荷兰的A *** L是高端光刻机的全球之一，国内企业与其研发投入与技术实力差距甚远。

目前华为芯片制造主要依赖于台积电，美国限制升级，被解读为有可能迫使台积电对华为断供，导致华为无芯片可用。

尽管这种猜测还可能有多种变数，但华为已经启动B计划。

此前有媒体称，华为从去年下半年开始向中芯国际派驻工程师，帮助中芯国际解决其芯片生产过程中的技术问题。近期，华为已将中芯国际14nm工艺代工的麒麟710A芯片应用在荣耀Play 4T手机上。

中芯国际则被认为迎来更好时机。160亿元的大基金二期加码主要面向中芯国际14 纳米及以下先进制程研发和产能，目前14纳米产能已达6000 片/月，目标产能为每月3.5 万片。而中芯国际最新发布的2020 年一季报显示，一季度营收9.05亿美元，同比增长35.3%，环比增长7.8%。此外，中芯国际决定将2020 年资本开支从 32 亿美元上调至 43 亿美元，增加的资本开支主要用于对上海300mm晶圆厂以及成熟工艺生产线的投资。

03

“转正”的期待

然而，无论对华为还是中芯国际而言，依然有跨不过去的门槛。

与台积电相比，中芯国际的工艺相对落后。现阶段中芯国际的工艺还停留在14nm，这是台积电4年前的技术，而台积电7nm工艺已大范围普及，几乎是如今各品牌5G旗舰手机和主流芯片的标配。根据规划，台积电今年开始量产5nm，2022年开始3nm的规模量产，甚至已规划好2nm。

图源/台积电官网

据了解，此次美国限制升级前，华为海思已加速将芯片产品转至台积电的7nm和5nm，只将14nm产品分散到中芯国际投片。但如果120天之后，无法使用台积电的5nm工艺，华为的5G旗舰手机可能要面对工艺制程的竞争压力。

最新消息是，5月21日，台积电拿下了苹果5nm处理器的全部订单，下半年苹果的多款5G版iPhone处理器将采用5nm工艺，而华为此前发布的14nm制程的荣耀Play 4T手机只是千元出头的中低端手机。

产能也有较大差距。中芯国际目前14nm月产能仅2000 ~3000片，预计到年底扩大到1.5万片，但这无法满足华为的胃口。台积电2019年财报显示，华为为其一年贡献了近350亿新台币的营收。

更何况，中芯国际下一代制程何时能投产，才是“最强备胎”能否转正的关键。

今年2月举行的2019年四季度财报会议上，中芯国际联席CEO梁孟松首次公开了中芯国际N+1、N+2代FinFET工艺情况。相比于14nm，N+1工艺性能提升20％、功耗降低57％、逻辑面积缩小 63％、SoC面积缩小55％，这意味着除了性能，N+1其他指标均与7nm工艺相似，之后的N+2工艺性能和成本都更高一些。梁孟松表示，在当前的环境下，N+1、N+2代工艺都不会使用EUV工艺，等到设备就绪之后，N+2之后的工艺才会转向EUV光刻工艺。事实上，台积电也是在第三代7nm工艺才开始引入EUV。

对此，电子创新网CEO张国斌表示：“制程越小，工艺越高级，IC里的线宽越小，就需要更高级的光刻机；尽管EUV技术对7nm制程不是必需的，但EUV技术的注入能提高良品率，效果好。”

2019财报会议上，中芯国际表示N+1工艺的研发进程稳定，已进入客户导入及产品认证阶段。之前该公司表示去年底试产了N+1工艺，今年底会有 *** 产N+1工艺。

14nm量产后，N+1、N+2研发项目更加值得期待。张国斌：“只要中芯国际的N+1、N+2工艺能做出产品来，就能代替台积电为海思代工7nm芯片。”

中芯国际真正的考验将是7nm以下。

多位采访对象表示，7nm以下的制程少不了EUV技术，公开资料显示，台积电和三星的5nm芯片均采用了EUV技术。对此，中芯国际还未公开过是否有替代技术方案。

编辑／挨踢妹

排版／冯诚杰

图片／李玉洋 Pixabay ***

来源／《IT时报》公众号vittimes