国产光刻机的「行军难」

3 月 8 日，ASML 发表声明回应荷兰政府即将出台的半导体设备出口管制措施。ASML 称，这些新的出口管制措施侧重于先进的芯片制造技术，包括最先进的沉积设备和浸润式光刻系统，ASML 将需要申请出口许可证才能发运最先进的浸润式 DUV 系统。ASML 强调，这些管制措施需要一定时间才能付诸立法并生效。

3 月 9 日，外交部例行记者会上，有媒体提问，据报道，荷兰外贸与发展合作大臣施赖纳马赫尔向荷议会致函称，出于国家安全考虑，荷兰将于今年夏天之前对其芯片出口实施限制性措施。中方对此有何评论？

外交部发言人毛宁表示，中方注意到有关报道，对荷方以行政手段干预限制中荷企业正常经贸往来的行为表示不满，已向荷方提出交涉。

EUV 与 DUV 的分类

目前的光刻机主要分为 EUV 光刻机和 DUV 光刻机，二者的最大的区别在光源方案。

DUV 是深紫外线（Deep Ultraviolet Lithography），EUV 是极深紫外线（Extreme Ultraviolet Lithography）。前者采用极紫外光刻技术，后者采用深紫外光刻技术。

EUV 的光源波长为 13.5nm，但最先进 DUV 的光源波为 193nm，较长的波长使 DUV 无法实现更高的分辨率，因此 DUV 只能用于制造 7nm 及以上制程的芯片。

EUV 是未来光刻技术和先进制程的核心。为了追求芯片更快的处理速度和更优的能效，需要缩短晶体管内部导电沟道的长度，而光刻设备的分辨率决定了 IC 的最小线宽。因此，光刻机的升级就势必要往最小分辨率水平发展。光刻机演进过程是随着光源改进和工艺创新而不断发展的。EUV 作为 5nm 及更先进制程芯片的刚需，覆盖了手机 SoC、CPU、GPU、1γ工艺 DRAM 等多种数字芯片，譬如苹果的 A15、高通的 Gen1 及以后系列芯片等。

从两种光刻机的市场应用来看，EUV 光刻机是芯片行业目前最尖端的技术，主要用于生产 5nm 及以下的芯片，这些芯片主要用来生产苹果、高通、三星等手机及平板处理器，也主要集中在消费领域；其他 60% 以上的工业还不需要 5nm 及以下的芯片制程和技术，这类芯片主要由 DUV 光刻机生产，覆盖大部分的图像传感器、功率 IC、MEMS、模拟 IC 以及逻辑 IC 等

光刻机的起步

1961 年，美国 GCA 公司制造出了第一台接触式光刻机。关于中国最早的光刻机，有一种说法是 1966 年，中国科学院微电子研究所的前身——109 厂与上海光学仪器厂协作，研制成功中国第一台 65 型接触式光刻机。

70 年代初，美日等国分别研制出接近式光刻机，而中国却一直停留在接触式光刻机。

1977 年，江苏吴县举行了全国性的光刻机座谈会，明确要改进光刻设备，尽快赶超世界先进水平。于是清华大学精密仪器系、中电科 45 所等先后投入研制更先进的光刻机。随后在 1985 年，中电科 45 所研制出的分步式投影光刻机，通过电子部技术鉴定：达到美国 GCA 在 1978 年推出的 4800DSW 光刻机水平。当时，ASML 才刚刚诞生。

如此来看，国产光刻机还算是拥有一个还不错的起点。然而由于中国半导体产业整体力量太薄弱，在扩大对外开放的背景下，「造不如买」的思潮迅速蔓延全国。因此，国产光刻机虽然研发出来，却没有很好的下游应用市场，无法真正走上市场和商业化的道路，只能停留在实验室研究阶段。

此后的二三十年，这种现实愈演愈烈，中国光刻机对外的差距也越来越大。在缺芯少魂的担忧下，中国喊出了「砸锅卖铁也要研制芯片」的口号。在中国必须掌握集成电路的主动权的战略重视下，国产光刻机重新艰难起步。

2002 年，光刻机被正式列入「863 重大科技攻关计划」。2008 年，国家又成立「极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项」（02 专项），以建立自主的高端光刻技术和产业发展能力作为重大、核心的战略目标。

经过将近 20 年的攻关，光刻机的集成技术终于完成从 0 到 1 的关键突破，在双工作台、光学系统、物镜系统、光源系统方面均有企业相继研发成功。

• 在光源方面，中国科益虹源公司自主研发设计生产的首台高能准分子激光器，以高质量和低成本的优势，填补中国在准分子激光技术领域的空白，其已完成了 6kHZ、60w 主流 ArF 光刻机光源制造。

• 在光学镜头方面，尽管与卡尔蔡司、尼康等公司还有非常大的差距，但 2020 年奥普光学曾在互动平台表示，公司生产的 Caf2 光学晶体应用范围较广，客户可根据实际需求进行二次开发，产品可以用于光刻机的光学系统中。不过，去年 7 月，奥普光电在互动平台表示，公司目前没有产品用于光刻机项目。

• 在光刻机整机生产（中游）方面，上海微电子是国内技术最领先的光刻设备厂商，其 90 纳米的光刻机已获得突破。

中国光刻机的制造力量正在不断加强，然而目前中国的光刻机量产能力只有 90nm，中国在实现更先进的芯片制造中仍然困难。与此同时，在光刻机进口道路上同样暗潮涌动。先是在 2019 年，美国限制 ASML 研发的最先进 EUV 设备销往中国。如今更进一步，似乎对 DUV 的出口也要作出新的限制。

国产光刻机的行军难

回到本次讨论的 DUV 上。ASML 强调：「新出口管制并不适用于所有的浸入式光刻工具，而只适用于所谓『最先进的』」。另外 ASML 还指出，先进程度相对较低的浸润式光刻系统已能很好满足成熟制程为主的客户的需求。

由于 DUV 光刻机中的浸润式光刻机分很多种型号，有些只能生产 14nm 以上工艺，有些能够生产最高 7nm 工艺。所以浸润式光刻机，究竟哪些能够卖，哪些不能卖，就成为了大家最关注的问题。

目前 ASML 浸润式的光刻机主要有三种型号，分别是 TWINSCAN NXT:2050i、TWINSCAN NXT:2000i 和 TWINSCAN NXT:1980Di。由于没有收到明确定义，ASML 将「最先进」解读为「TWINSCAN NXT:2000i 及后续浸没式系统。」

根据 ASML 的解读，其 NXT:2000i 及之后的浸没式光刻系统将会受到出口限制。这也意味着，NXT:1980Di 仍将可以出口，即国内大量采用 NXT:1980Di 进行成熟制程制造的晶圆厂将不会受到影响。

一方面，根据 ASML 官网的数据，TWINSCAN NXT:1980Di 的分辨率是大于等于 38nm，数值孔径是 1.35NA，每小时可以生产 275 片晶圆。目前这台浸润式光刻机，普遍用于 14nm 及以上的芯片制造。理论上 NXT:1980Di 依然可以达到 7nm，只是步骤更为复杂，成本更高，良率可能也会有损失。足以见得，主要的成熟芯片的生产并未受到影响。

另一方面，中国拥有 ASML 难以放弃的广阔市场。根据 ASML 财报，2022 年该公司共出货 345 台光刻设备产品，其中有 81 台浸没式 DUV 光刻机（ArFi），占比为 23%。所有产品中，42% 销往中国台湾，29% 销往韩国，14% 销往中国大陆，销往美国的只有 7%。

高端光刻机集合了全球各国最顶尖的科技，如：德国的蔡司镜头技术、美国的控制软件和光源 、日本的特殊复合材料等，下游厂商为了获得优先供货权纷纷投入巨额资金支持 ASML 研发。所以，国产光刻机的突围并非易事。目前，国产的深紫外线光刻机正处于研发的关键进程之中。在这背后，包括上海微电子在内的多位国产玩家正在攻关。

在 ASML 的通路受阻之后，中国企业采购 DUV 光刻机的通路，还剩下尼康和佳能。目前，日本也尚未表明态度。未来向外采购这条道路将会变得越来越不确定。在这种情况下，自主研发光刻机的提速将变得愈发迫切。

中国庞大的半导体市场需求摆在这里，市场需求必然会驱动技术创新去逐步攻克光刻机技术。但目前关于国产光刻机和芯片等研发的进程，都是在实验室的数据中，真正能落实到量产和生产线的，还会有很悬殊的路要走，才能最终落地。

除了加大力量研发光刻机之外，中国还在尝试其他芯片路线。比如光芯片，量子芯片等等，在最近几年已经取得了一定突破，目前中国已经有不少企业申请了量子芯片技术相关专利，如果未来量子芯片能够得到应用，这将有利于我们减少对传统硅基芯片的依赖。

未来的路，道阻且长。