如何突破光刻技术难题？
作者｜洪雨晗 邮箱｜hongyuhan@pingwest.com 6月17日，A股芯片股全线大涨，多只股票涨停或封板，科创50指数涨幅也一度扩大至5%。芯片股成了当天资本市场的主角。 同时，从去年开始，社会各路资本流入国内芯片产业的资金不在少数，据云岫资本统计，2020年半导体行业一级市场的投资金额超过1400亿元人民币，相比2019年约300亿人民币的投资额，增长近4倍，这也是中国半导体一级市场有史以来投资额最多的一年。 而在这中间，最受人们关注的投资动向和科研突破进展当属光刻机领域。 “A License to Print Money。” 为光刻机行业的巨人ASML公司撰写传记的荷兰作家瑞尼·雷吉梅克曾这样形容光刻机，一台只要运转起来就能7x24小时印钱的机器。 从它的工艺流程来说，把它喻为人类顶尖工业皇冠上的又一明珠丝毫不过。而更重要的，是在中国的本土语境下，光刻机为公众所知更多是因为，它是中国芯片产业遭国外技术设备“卡脖”的关键。 这使得人们都会垂涎光刻机创造的利润，但巨大的技术门槛，也使得没有哪个商人会贸然进入这个行业——在去年这1400亿的投资金额中，实际流入半导体设备和材料的资金加起来并未超过20%，若仅看光刻机所属的半导体设备领域，占比则更低，近70%的社会资金流入的仍是IC设计领域。 不过这也在发生变化。 近日，一项围绕国产光刻设备“卡脖”攻防的消息吸引了长期关注芯片产业的人士，华为哈勃投资了中科院旗下的北京科益虹源光电技术有限公司。其中焦点就在于投资主体和被投资主体，其身份都具有一定特殊性。 华为不需要额外介绍，在历经2018年美国针对华为的系列禁令后，2019年4月，华为打破任正非定下的“不投供应商”的原则，7亿人民币在深圳注册了哈勃科技投资有限公司，开始有规律的在半导体领域进行投资布局。 科益虹源则是华为海思打破“卡脖”的重要一环。科益虹源这家公司来头可不简单，它是北京国资委旗下的企业，在2016年7月，由中国科学院光电院、中国科学院微电子研究所、北京亦庄国际投资有限公司、中科院国有资产经营有限公司共同投资创立。其关键在于，科益虹源是中国唯一、世界第三具备高端准分子激光技术的公司。 高端准分子激光器是生产光刻机所需的核心器件，华为投资科益虹源，可谓是在海思麒麟被“卡脖”的关键技术上进行投资。可想而知，这类投资的门槛也相对较高，科益虹源不会轻易接受社会资本的注入，更重要的是，科益虹源是负责国家“02专项”研发突破的重点公司之一。 所谓“02专项”即国务院2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006--2020年)》，《纲要》在高科技领域中划出了16个重大专项，其中，有关芯片制造的“极大规模集成电路制造技术及成套工艺”项目排在第2位，因此行业内将之称为“02专项”，其重点是对22-45nm芯片制造装备进行研发突破。 《纲要》中的“01专项”——核高基专项，也和芯片有关，其全称为“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件”专项。可以看出，01专项侧重于芯片设计和包括EDA在内的软件开发，02专项则偏向于半导体制造设备，如光刻机、刻蚀机等。在IC设计上，我国已经诞生了华为海思、紫光展锐等较强的芯片设计企业，但在“02专项”涉及的芯片制造和材料工艺上，突破也开始出现。 在此次投资中，华为占科益虹源股份股4.76%，目前，科益虹源正承担着国家“02重大专项浸没光刻光源研发”、“02重大专项核心零部件国产化能力建设”以及“02重大专项集成电路晶圆缺陷检测光源”等国家专项。 其实除了科益虹源，还有着一批国内企业承担着国家“02专项”上的研发项目。如，上海微电子装备集团负责光刻机整机；中科院长春光机所、上海光机所、国科精密负责光刻机曝光光学系统；清华大学以及华卓精科负责双工件台系统；浙江启尔机电负责DUV光刻机液浸系统等等。 近年来，承担着国家“02专项”的不少企业也纷纷传来研究成果，其中，最让国人期待的当属上海微电子，有媒体曾曝出上海微电子今年年底或推出可生产28nm制程的DUV光刻机，28nm是芯片制程的重要节点。 在当今芯片消费市场，28nm节点及更大制程的成熟芯片仍属市场需求的大头，据IC Insights发布的《2020-2024年全球晶圆产能》，预计2024年时，40nm以上成熟制程的占比仍有37%之高。甚至有行业人士表示，目前国内现在最缺的不是28nm、14nm或是7nm工艺，而是车载电子、图像传感器、WiFi蓝牙射频的55nm制程芯片。 对上海微电子而言，若真能在今年年底实现该光刻机的突破，则意味着我国成熟制程芯片生产的各流程对外界的依赖程度大大减少。 “02专项”可以说代表了我国芯片在自主研发上的顶尖实力，除了上海微电子外，上海光机所近日也传来好消息。6月10日，中国科学院官网称，上海光机所在计算光刻技术研究方面取得重要进展。官网消息表示此类技术为计算光刻技术（Computational Lithography），即在光刻机软硬件不变的情况下，采用数学模型和软件算法对照明模式、掩模图形与工艺参数等进行优化，可有效提高光刻分辨率、增大工艺窗口。 固然，基于“02专项”，我国在光刻技术上有着不小突破，但随着摩尔定律的运转，这则2006年发布的文件（其重点是对22-45nm芯片制造装备进行研发突破）显然与最新的业界情况还有一些距离，基于此，我们也可以清楚的看到我国在光刻机研发上与国际先进水平的差距。 光刻机是延续摩尔定律的关键，从光刻机的发展历史上来看，光刻机可以说经历了五代发展，每一代光刻机波长的缩短从而推动了芯片制程的逐渐变小，如今，极紫外光刻是最新一代的光刻技术，它使用的是波长为13.5nm的极紫外光，目前全世界仅有荷兰的ASML公司具备生产该设备的能力，每台EUV光刻机的价格高达1.48亿欧元以上，折合人民币近12亿。 这甚至还不是ASML的最新技术，目前，ASML在传统EUV（Low-NA EUV）基础上实现了突破，已实现了High-NA EUV光刻机的量产。Low-NA EUV和High-NA EUV的区别在于NA，即物镜数值孔径，它与光传播介质的折射率相关，可以简单理解为EUV接收和传输光的能力，NA值越高，则光的损耗越小、清晰度越高。 从前道光刻机的整体市场格局上来说，99%的市场份额由ASML、尼康和佳能把持，其中ASML的市场份额更是长期在60%以上。据ASML近年来的财报，占其营收大头的仍是采用ArF光源技术的DUV系列光刻机，EUV光刻机由于产能、良品率以及技术成熟度原因，每年的产出值仍然有限。 根据光刻机的更新迭代历程，我们可以知道上海微电子的28纳米能力的DUV，其实就是采用ArF光源技术的193nm DUV第四代光刻机，传闻其将采用浸没式步进扫描。这意味着上海微电子直接跳过了中间的65nm、40nm阶段，跨越了之前厂商们数年的积累。 当然，光刻机从研发、到量产、到实际商用再到机器7x24小时稳定工作，其各阶段仍需不少时间。 从ASML研发EUV光刻机的历史来看，其1999年便开始了EUV的研发工作，本预计2004年就能成功推出产品，结果是2010年才研发除了第一款样机，正式商用向晶圆厂们供货则是到了2016年才实现，而对机器生产效率、良品率的提升则是研究至今。 在EUV光刻机这20年的研发及完善过程中，不止ASML一家在投入，从产业界的英特尔、台积电、三星，再到学界享有盛誉的美国三大国家实验室：劳伦斯利弗莫尔实验室，劳伦斯伯克利实验室和桑迪亚国家实验室等，足以证明前沿技术的研发不是一日之功，而且还需要整个业界甚至国家机器的力量。 可喜的是，我国很早就有这方面的资金、政策扶持，乃至到现在的社会资本踊跃参与，以及制造了更多的调控措施空间。对于光刻机，完全不需要妄自菲薄，这些默默进行中的技术突破都是令人期待的进展，现在需要的是更多的耐心。  · 文章版权归品玩所有，未经授权不得转载。 