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*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*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。

01 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*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*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。

02 光刻机的起步

1961年，美国GCA公司制造出了*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*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*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*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。

03 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‘*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“*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*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。

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