光刻机在芯片生产中具有核心地位,其重要性体现在技术、经济、产业生态和战略安全等多个层面。作为芯片制造的“心脏设备”,光刻机的性能直接决定了芯片的制程节点、集成度、性能与功耗,进而影响整个半导体产业链的竞争力。
荷兰垄断了极紫外光刻机(EUV)的生产,同时在高端深紫外光刻机(DUV)市场占据绝对主导地位。荷兰企业ASML是全球唯一能够量产EUV光刻机的企业,其技术源于美国发现、欧洲完善,通过整合全球供应链(如德国蔡司的光学系统、美国Cymer的激光源)实现突破。EUV光刻机是制造7nm及以下先进制程芯片的核心设备,单台售价高达2亿至4亿美元,ASML已售出约140部EUV光刻机,占据100%市场份额。
美国对中国实施先进制程芯片封锁,源于中国芯片生产工艺落后,落后的原因就是缺乏国产先进光刻机。在美国禁止荷兰光刻机出口中国后,国产光刻机研制奋起直追,到今年已取得显著进展,但是与西方差距仍然很大。
90nm、28nm光刻机方面,其成熟制程今年已经实现自主可控。
上海微电子(SMEE)的90nm光刻机SSA600/20系列已实现量产,占据国内80%市场份额,年出货量突破50台,应用于中芯国际、华虹半导体等企业的成熟制程芯片生产。
28nm浸没式DUV光刻机通过中芯国际验证,采用华卓精科双工件台(定位精度1.5nm)和国科精密投影物镜(NA=0.93),国产化率突破70%,预计2025年完成量产验证。该制程可覆盖汽车芯片、功率器件、工业MCU等市场,满足全球70%的芯片需求。
国家大基金三期投入500亿元,重点支持光源、物镜、光刻胶等“卡脖子”环节,目标2025年实现14nm DUV光刻机进入中芯国际产线。
上海微电子联合华为、中芯国际成立“光刻机技术创新联合体”,计划2025年实现28nm光刻机100%国产化。
但是ASML仍垄断EUV市场(份额98%),其最新High-NA EUV光刻机支持2nm制程,单台售价1.8亿欧元;国产28nm DUV光刻机落后ASML约4代,核心部件国产化率不足70%。
在美西方对华高科技全面封锁越来越严峻的情况下,中国在光刻机领域的每一次进步都值得举杯庆贺。
8月14日,中国科技重镇杭州市的官方媒体称,中国首台国产商业电子束光刻机“羲之”在杭州诞生,有望打破西方出口管制困局,精度比肩国际主流设备,标志着量子芯片研发从此有了中国刻刀。
中共杭州市委机关报《杭州日报》星期四的报道引述未具名的浙江大学余杭量子研究院相关团队负责人说,这台研究院自主研发的新一代100kV电子束光刻机“羲之”已正式投入市场。
报道称,光刻机“羲之”取名自书法家王羲之,专攻量子芯片、新型半导体研发的核心环节,通过高能电子束在硅基上“手写”电路,精度达到0.6nm,线宽8nm,可灵活修改设计无须掩膜版,如同用纳米级毛笔在晶片上精准作画,适合晶片研发初期的反复调试。
报道称,这类设备此前受到西方出口管制,中国科学技术大学、之江实验室等中国顶尖科研机构长期无法采购,“羲之”的落地有望打破这一困局。此外,“羲之”的定价还低于国际均价,目前已与多家企业及科研机构展开接洽。
官媒杭州《都市快报》称:“羲之电子束光刻机的成功应用测试,是我国高端半导体核心装备国产化的重大突破。这把自主可控的中国刻刀,将为加速国产高端芯片的研发进程、抢占未来科技制高点提供坚实的装备基础。”
与荷兰企业ASML的极紫外光刻机(EUV)相比,我国推出的电子束光刻机(EBL)在技术原理、分辨率、生产效率、成本及应用领域上存在显著差异。
极紫外光刻机目前可实现5纳米及以下制程,是制造先进芯片(如7nm、5nm、3nm节点)的核心设备。
电子束光刻机理论极限可达0.6纳米,实际应用中可稳定实现2纳米以下线宽。电子束波长极短,衍射效应弱,能加工更精细的微纳结构。
极紫外光刻机适合大规模量产,每小时可处理数十片晶圆;而电子束光刻机每小时处理量通常在10片晶圆以下,难以满足量产需求,但是可用于2纳米及以下制程芯片的原型开发,以及构建量子芯片电路图案。
总之,极紫外光刻机EUV是芯片量产的“主力军”,以高效率和高集成度支撑芯片规模化生产。电子束光刻机EBL是研发和小批量生产的“利器”,以超高分辨率和灵活性推动前沿技术突破。
两者是互补而非替代关系,未来可能结合,如用EBL制作高精度掩模版,再通过EUV进行量产,形成“研发-量产”协同生态。从这一角度来看,羲之电子束光刻机的成功应用测试确实具有重大意义。
未来几年,中国半导体将从14纳米向7纳米推进。哈工大团队继续迭代,产线扩展,结合清华大学和北航成果,形成组合拳。预计2026年,自立目标初步实现,芯片战不再被动。
这也告诉我们,美西方的对华科技封锁最终必将被粉碎而土崩瓦解。
