现代新科技离不开芯片,制造芯片全靠誉为“工业母机中的明珠”的光刻机,将电路图案投影到硅晶圆,刻出只有发丝千分之一的电路,线路精度决定了芯片的性能。
国际半导体设备材料协会(SEMI)称,去年全球半导体设备市场达1126亿美元,其中光刻设备占24.3%,约273亿美元。这领域长期被荷兰ASML、日本尼康(Nikon)和佳能(Canon)三家所控制,日企在中低端光刻机市场居主导地位,占市场份额78%。
中国是全球最大的芯片消费国,去年进口芯片金额达3514亿美元,超过原油成为第一大进口商品。中国每年需要购买大量光刻设备,仅去年就进口了126台各类光刻机,总值约389亿人民币,还有天价维修费。依赖进口不仅带来经济压力,更有供应链安全隐患。尤其在全球贸易摩擦加剧的背景下,关键设备的自主性显得尤为重要。
今年4月,中国自研的第五代超精密光刻机在上海张江高科技园区下线。这外形酷似巨型金属柜的设备,重83吨,高约4.2米,占地近40平方米,价值7.2亿人民币。之前这类设备全依赖进口,交付期长达2年。如今,中国实现量产,打破日本企业在这领域长达30年的技术垄断,意味着全球高科技产业格局正在发生深刻变革。
早在2002年,中国就启动国家科技“极大规模集成电路制造设备与成套工艺”,攻关光刻机技术。2017年,中国首台国产光刻机问世,分辨率为90纳米,与先进水平差两代。到2023年底,中国已掌握28纳米光刻机的核心技术,并开始小批量生产。
国产的光刻机催生新商业模式。光刻机厂商推出“装备即服务”模式,企业可按使用量付费,降低准入门槛。至今年3月,有36家中小芯片企业用上高端光刻设备。
日本经济产业省今年2月发布《半导体产业竞争力报告》,提到中国光刻机产业的发展将对全球半导体产业格局产生深远影响。日本政府宣布将在未来五年投入1.2万亿日元(约59亿美元)支持本国半导体设备产业发展,应对来自中国的竞争压力。
专家分析,中国光刻机虽然取得了重大突破,但与国际顶尖水平相比,在精度、稳定性和产能方面仍存在差距。特别是最前沿的极紫外(EUV)光刻技术领域,还有很长的路要走。目前只有荷兰ASML一家企掌握EUV光刻机技术,能生产5纳米以下芯片。
面对挑战,中国制定了明确的发展路线。上海微电子于今年3月公布的规划中提出,将在2027年前实现14纳米光刻机的规模化生产,2030年前突破7纳米技术。同时,计划将年产能从目前的28台提升到2027年的85台,满足日益增长的市场需求。
中国科学院上海光学精密机械研究所的林楠研究员今年3月发表论文,介绍其团队使用固体激光器技术成功开发出LPP-EUV光源,达到国际领先水平。团队还开发出能量转换效率高达3.42%的国产EUV光源。接着,中科院突破20%电光转换效率,哈工大驾驭13.5纳米极紫外光,华为2纳米精度运动台一锤定音——中国以供应链优势和“国家队”协作,打破西方30年的技术垄断;还在成本和体积方面展现后发优势。
ASML首席执行官克里斯托夫•富凯6月上旬受访时说,中国已研发出国产光刻设备。国产全新DUV光刻技术浮出水面,能生产3纳米芯片,美国打压反成催化剂。中科院突破全固态深紫外光源,193纳米波长直接国际主流,将芯片工艺推向3纳米时代。
富凯去年底曾扬言中国还落后10年,但国产技术的迭代速度让巨头们坐不住了。对比ASML的商用准分子激光技术,中科院固态DUV光源的频率达到ASML水平的三分之二(ASML频率8-9kHz),但输出功率仅为ASML的0.7%(ASML功率100-120W)。
ASML依赖氟化氩(ArF)准分子激光,通过高压电场激发氩和氟混合气体,体积庞大且成本高。中科院方案绕过西方的专利壁垒,已验证支持3纳米工艺的可行性。
除了以《瓦森纳协定》严禁向中国企业售卖EUV设备,美国政府还不死不休地施压ASML停止为中国维护DUV系统,用心险恶!荷兰政府考虑到买卖合约未表同意,ASML称保留机器控制权以防敏感信息泄露。可以预料,ASML日后的前途必多坎坷!
中国半导体行业协会透露,去年中国集成电路销售额12538亿元,同比增长20.7%。其中,晶圆厂产能增长16.5%,是全球增速最快的地区。去年,全国高校新增半导体装备专业21个,招生规模约4300人。多所高校与企业合作建立实习基地,培养技术专家。中科院大学设立了“光刻技术研究院”,集中培养光刻机研发的高端人才。
媒体于6月16日报道,采用激光诱导放电等离子体(LDP)技术的国产EUV光刻原型机在东莞启动测试,将于今年第三季度试产,明年实现量产。华为等企业加速自研,逐步替代Synopsys等美国工具。国产光刻设备敢于立马亮剑,震慑了西方霸权!
林越














