有了光刻機，國產芯片就不遠了？事情恐怕沒那么簡單

顧亭亭 / 2023-07-14 10:32213567

提到芯片制造，光刻機始終是繞不過去的一個關卡，因此光刻機巨頭阿斯麥ASML的每一個動作也都一直受到外界極大地關注。在6月30日，荷蘭政府發布了《先進半導體制造設備法規》，隨機ASML也發布了公告稱，其目前最先進的浸沒式DUV出口需得到荷蘭政府認可。

TWINSCAN NXT：2000i

實際上，就如同大家所知道的，ASML的EUV光刻（極紫外光刻）系統已經受限制。現在，部分最先進的浸潤式DUV系統（即TWINSCAN NXT：2000i及后續推出的浸潤式光刻系統）也遭受了限制，這顯然是美國為了制裁中國半導體所采取的新手段。

盡管ASML也做了回應，受到此次事件影響，限制了部分DUV光刻系統的出口，但并非限制中國購買所有浸潤式DUV光刻系統，中國依然可以從ASML進口部分低端DUV光刻機，只是在技術上相對落后。

TWINSCAN NXT:1980Di

而到了本月早些時候，有媒體報道稱，ASML正在試圖規避荷蘭新銷售許可禁令，計劃面向中國市場推出“特供版”的TWINSCAN NXT:1980 DUV光刻機。這是一款10年前推出的老型號DUV光刻機，并不在官方的限制范圍內，不過其分辨率可以達到≤38nm，并且在理論上可以支持到7nm左右的工藝生產。針對這一傳言，7月6日，ASML回應稱，“一直以來ASML都遵守所適用的法律條例，我們并沒有面向中國市場推出特別版的光刻機”。

國產光刻機走到哪一步了？

那ASML對中國的限制，緣何會引起這么大的關注呢？蓋因為在關系到芯片制造的光刻機領域，ASML可以說是一家獨大的地位了。數據顯示，ASML的設備占據了整個市場月92%的占比，限制了ASML，幾乎就等于限制了所有光刻機的進口了。既然進口ASML光刻機受阻，那國產光刻機的進度如何了呢？畢竟在幾年前國產芯片受到制裁的時候，自研光刻機就成為了時常被提及的話題。

當然，成果也是有的，比如雙工臺系統、物鏡這兩項核心技術在過去兩年陸續被突破，算是不小的進步。此外，前段時間的報道稱，首臺國產EUV光源工程樣機也在中科院的主導下正式落地。雖然距離進入到量產還有很長的路要走，但也算是為國產光刻機奠定了不小的一步。

在光刻機中，光源系統算是非常核心的組成部分，那這套系統的落地，就意味著后續其他測試將可以順利開展，并且一步一步地實現國產光刻機的量產。

而除了EUV光刻機之外，在其他工藝上也陸續取得了不少的成績。比如中國電科旗下的電科裝備，實現了國產離子注入機28nm工藝制程全覆蓋；再比如南大廣電開發出了多款ArF光刻膠，能夠覆蓋28-90nm工藝制程。

這一系列的技術成果是值得欣喜的，但回到產業這個層面，要把這些產品轉變為量產的光刻機，并進行新品生產，還有很長的路要走。

芯片制造是一個系統工程

可以說，無論是進口ASML，還是國產光刻機，短時間恐怕都是一個難題。但話說回來，如果現在解決了光刻機的問題，就能順利的生產芯片了么？恐怕也不是那么簡單。

光刻機是芯片制造過程中比較重要的一環，但不僅僅是全部。整個過程，簡單來說，包括了設計、制造、封測。去打造一款芯片，首先自然是需要設計，這部分就會涉及到EDA軟件，全稱是Electronic Design Automation ，翻譯過來就是電子設計自動化，它是設計大規模集成電路必備的工具，因此也被稱為EDA工具。在芯片的設計初期，它是一個非常重要的工具，它的算法會直接決定最終芯片的優劣。

目前EDA三大巨頭包括了Synopsys（新思科技）、Cadence（鏗騰電子）、Siemens EDA（西門子），這三家基本上壟斷了整個行業，并且非常明顯，都是外企，之前在對話芯片制裁的時候，同樣也包括了EDA制裁。因此，想要發展國產芯片，國產EDA是第一步。但比較遺憾的是，在這個領域，目前國產還沒有做芯片設計、制造、封測全產業鏈EDA的企業，另外就是國產EDA主要還是針對低端芯片。

那我們再假定，EDA軟件不是問題，光刻機不是問題，那就可以生產高端的芯片了么？實際上還是不能，在芯片的整個生產過程中，還需要晶圓，以及前面提到的光刻機等材料，而像晶圓，又涉及到硅材料，自然而然就會又需要硅提純工藝。實際上，整個芯片的生產，是一整個產業鏈、系統化的過程。

這樣看或許不是那么直觀，我們以一顆芯片的生產流程來簡單舉個例。首先，需要生產晶圓，這里我們需要先把沙子加熱，分離一氧化碳和硅，并且需要不斷反復這個過程直到蝴蝶高純度的硅材料。隨后將這些硅材料融化再凝固，得到用于制造晶圓的硅錠。這些硅錠進一步切割為薄片，就是制作芯片用的晶圓了。當然，僅僅是切割也是不夠的，切割完的裸片還需要打磨拋光，并且進行氧化，以確保其表面形成一層保護膜。僅僅是生產最基本的晶圓，就包括硅提純、鑄錠、切割、氧化多個步驟。

而在取得了晶圓之后，就需要把設計好的電路板刻制到晶圓上了，這里就是光刻機發揮作用的時候了。當然，光刻的步驟也不是那么簡單的，你需要使用到光刻膠，并以一定的工藝將其涂敷在晶圓上，隨后通過光刻機，進行曝光、顯影等步驟，完成光刻。

光刻，實際上就是把電路圖刻制到晶圓上的步驟，在其完成之后，還需要蝕刻工藝，來去除多余的氧化膜，這樣才能留下半導體電路圖，所以在光刻之后就會進入到蝕刻工藝，這個工藝也涉及到不同的類型，包括干法蝕刻和濕法蝕刻，相應地，也會涉及到不同的材質。

我們知道，如今的芯片，隨著工藝的提升，它的結構是非常復雜的，并且通常有很多層的電路，因此在制造的過程中，還需要進行薄膜沉積的工藝，以便將這些不同電路薄膜堆積在一起，它也包含了化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積等不同工藝。而在完成沉積之后，就是需要將這些電路連接起來，這就是互連工藝了。

到這一步，這顆芯片就算是制作好了。接下來就是測試、切割、封裝的環節了。檢測環節包括了電氣參數監控、晶圓老化測試等。最后檢驗合格的芯片就需要切割封裝了，對的，到這一步為止，每一顆芯片都還在一整片的晶圓上呢，需要將它們切割下來，然后封裝，當下封裝也包括了2D封裝、2.5D封裝和3D封裝等不同的工藝。可以看到，在整個芯片制造工藝的過程中，光刻僅僅就是其中那么小小的一步，除了光刻之外，還有大量的工藝環節需要互相配合，來完成這顆芯片。所以光刻機很重要，但如果說僅僅是有了光刻機，顯然還是遠遠不夠的。

實際上，我們橫向去看整個半導體設備，都是一個壟斷寡頭的狀態，出去開篇提到的光刻機之外，生產鍍膜機的東京電子TEL占比89%；而濺射設備則以美國應材最多，占比85%。而在干法刻蝕領域，則是由美國泛林（49%）、東京電子TEL（22%）和應材AMAT（16%）三家瓜分了整個市場；在干式蝕刻設備領域，則是應材AMAT（38%）、美國泛林Lam（33%）、ASMI（14%）三家拿下。我們不得不需要認清的一個現實是，在芯片制造領域，或者說半導體領域，中國要走的路確實還有相當的多，差距、或者或是技術積累，可能還需要不止一代人的努力去改變這個現狀。

很難，但還是要自研

作為一個全球化的產業鏈，無底線的制裁，只會對整個產業造成不必要的損失，開放合作始終是最好的選擇。但是，如果我們不得不面對一個更加封閉的狀況，那自研始終還是最為重要的一個選擇。雖然說，在芯片領域，無論是芯片本身，還是光刻機，可能與我們曾經想象的中國速度還是有差距，但始終還是在進步的，各種成果也在慢慢呈現。