国产光刻机即将破局！今年投产，90家企业联合组队加快芯片国产化
物联网智库 原创
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导 读
据悉，国产DUV光刻机指日可待，将在今年正式投入生产，这将很大程度上的缓解我国在半导体领域被国外卡脖子的现象。
在“中国芯”的破局路上，中芯国际无疑是必不可少的关键一环。
3月3日，中芯国际发布公告称，公司根据批量采购协议，已于2020年3月16日至2021年3月2日的12个月期间，就购买ASML产品与阿斯麦集团签订了一份金额高达12亿美元的购买单。
被“缺芯少魂”轰炸了一年多的智库读者们，肯定对ASML（阿斯麦）这个名字不陌生。荷兰ASML（阿斯麦）公司是全球最大的光刻机制造商，也是全球唯一可以提供EUV光刻机的厂商，在全球高端光刻机市场处于垄断地位。
彼时，国内媒体翘首以盼，以为ASML终于要将EUV光刻机出售给中芯国际。然而，根据ASML公布的信息，此次交易购买的是DUV光刻技术设备。
在被泼了一盆冷水的同时，倒也不必难过。据悉，中芯国际已有DUV光刻机，此次购买DUV光刻机主要用于扩充产能，而台积电N7(第一代7nm工艺)和N7P（第二代7nm工艺）就是基于DUV光刻机制造，直到其N7+(第三代7nm工艺)则由更先进的EUV光刻机制造。
另外，国产DUV光刻机也指日可待。近期有消息称，上海微电子将在今年正式推出28纳米光刻机。
据悉，上海微电子推出的光刻机，是目前较为先进的“浸入式”光刻机，在芯片制程中，通过多次曝光、制作，可实现7nm芯片的生产。该光刻机将在今年正式投入生产，这将很大程度上的缓解我国在半导体领域被国外卡脖子的现象。
DUV与EUV有何区别
根据曝光源不同，光刻机分为EUV型（极深紫外线）和DUV型（深紫外线）两种类型。具体来看，DUV光刻机的光源波长为193nm，而EUV光刻机的光源波长为13.5nm。值得注意的是，后者的光源并非地球上天然存在的光线，需要特定的技术和设备才能够制造出来。相比DUV光刻机的光源，EUV光刻机光源的更短，故而折射率更大、能量更大。
此外，两者在光路系统方面也存在不同。DUV光刻机主要利用光的折射原理，在透镜和晶圆之间通过采用不同的介质，来改变光刻性能。而EUV光刻机主要利用的是光的反射原理。而且，因为光源的特殊性，其也需要在真空中进行操作，这是由于无论是水分子还是空气中的其他介质，都会让光源被吸收，从而造成损失。
另外，两者对于镜头质量的要求也有所区别。相比DUV光刻机，条件特殊且系统复杂的EUV光刻机对镜头质量更加严格。资料显示，EUV光刻机需要反射透镜具备极高的光学精度，同时还需要反射镜表面镀有采用Mo/Si多层膜结构，以便于实现最佳反射率。
以上述种种，最终造就了EUV光刻机和DUV光刻机在应用和价值上的区别。据了解，DUV光刻机只能做到25nm，在双工作台的加持下，才能够做到10nm。而EUV光刻机，则可以制造10nm及以下的高精度工艺晶圆。
当然，在浸润式光刻等技术的加持下，台积电也曾用DUV成功制造出第一代7nm芯片。前段时间，中芯国际在梁孟松的带领下，用DUV经过多重曝光，实现了N+1工艺，相当于10nm级别，而N+2理论可达7nm级别。
然而，DUV光刻机利用多重曝光技术制造7nm芯片，往往也意味着更高的成本。如果想实现5nm及以上级别，就非EUV光刻机不可。
由此可见，EUV光刻机对全球集成电路产业的重要性非同小可。但我国倘若成功制造出全国产DUV光刻机，其意义也不可谓不重大。目前来看，这一目标已经不再遥远。
2021年1月8日，中芯京城集成电路生产线项目获准开建。中芯京城是中芯国际、亦庄国投和大基金二期于2020年12月7日共同成立的合资公司，总投资500亿人民币。由于中芯京城将会是全面去美化，甚至是纯国产化的生产线，这也成为中芯国际进入实体清单的直接导火索。
关于具体时间，以中芯北方作为参照，大概用了一年半的时间就把第一条产线建好，开始量产。由此推算，尽管计划2024年才能最终完工，但中芯京城大概率会在2022年1月底之前搞定第一条产线。因此，为了配合中芯京城的进度，上海微电子一定会在2021年中开始进行光刻机的量产，2021年底至少有1-2台国产光刻机进入中芯京城的生产线进行适配。
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实现芯片破局还有多远？
其实，在EUV光刻机领域，我国也在迅速追赶，且取得了一定成果。
据了解，中科院长春光电所目前在研国产最好的EUV光刻机，成功后将用于7nm及以下制程。
根据已有专利信息可知，长光所已经可以实现离轴光学系统、超高重频窄脉宽CO2激光器、极紫外光聚焦反射系统等光刻机子系统。其分化出来的上海光机所在EUV核心的液滴锡靶领域取得了较大突破。
尽管成果累累，但事实上，我国目前的芯片压力仍然十分巨大。截止2020年12月31日，美国实体清单中我国上榜的实体超过400个。在芯片制造领域，自去年12月以来，中芯国际被美国列入了“实体名单”，美国半导体制造设备企业不能向被列入清单的企业出口商品，除非得到相关的许可证。目前，尽管中芯国际已获美国许可，可以进口相关设备，但只限于涉及14纳米及以上的芯片技术。
同时，未来也并非坦途。据路透社3月1日报道，由谷歌前董事长埃里克·施密特领导的美国国家人工智能安全委员会（NSCAI），建议国会限制中国采购设备以制造先进计算芯片的能力，以防止中国在未来几年内在半导体领域超越美国。
据了解，尽管诸如Applied Materials Inc、Lam Research Corp等许多芯片制造设备来自美国公司，这些公司已经受到了美国的出口管制。但有些关键设备也来自日本的尼康和佳能公司以及荷兰的ASML控股公司等。因此，NSCAI建议美国与这些国家合作，在每个国家建立对中国先进芯片制造设备出口许可的“拒绝”政策。报告还建议将一项长期监管措施正式纳入美国政策，旨在将中国半导体产业限制在落后于美国两代人的水平。
值得注意的是，同样在3月1日，中国工信部总工程师田玉龙表示，中国高度重视芯片产业，将在国家层面给予大力扶持。具体来看，国家将对芯片企业进一步扩大减税力度，并利用国家大基金二期对重点项目继续加大投资。
不仅如此，工信部科技司也于2月公布了《全国集成电路标准化技术委员会筹建公示》。从筹建申请的委员单位名单来看，不仅有包括海思半导体、大唐半导体、中星微电子等设计公司，还有国家集成电路创新中心、国家集成电路特色工艺及封装测试创新中心等创新平台及中科院上海微系统与信息技术研究所、西安微电子技术研究所、清华大学、北京大学等科研院所，更有华为、腾讯、小米等以用户名义申请的企业，共计90家。
该委员会一旦成立，则意味着中国芯片企业将在统一标准的框架下生产产品，互相配合协作，加快芯片国产化的速度。
写在最后
毫无疑问，芯片仍将在未来一段时间内成为亟需攻克的重大难题，但我国芯片产业的发展也表现出了难以想象的蓬勃活力。
数据显示，目前中国芯片相关企业共有6.65万家，2020年全年新注册企业2.28万家，同比大涨195%。而2021年前2月注册量已达到4350家，同比增长378%。
如此蓬勃活力不禁让人欣慰，相信在数千万行业从业者的共同努力下，转机也并不会遥远。
参考资料：
1.《华为的转折！国产光刻机今年下线投产》， 5G通信
2.《中芯国际采购DUV光刻机，对比11亿一台的EUV光刻机，区别在哪里？》，数码小妖精
3.《美国建议收紧对华出口芯片制造设备，让中国半导体落后美国两代人》，大空头国际视野
4.《全国集成电路标委会申请筹建》，中国高新技术产业导报
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