國產(chǎn)光刻機(jī)即將破局！今年投產(chǎn)，90家企業(yè)聯(lián)合組隊加快芯片國產(chǎn)化
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據(jù)悉，國產(chǎn)DUV光刻機(jī)指日可待，將在今年正式投入生產(chǎn)，這將很大程度上的緩解我國在半導(dǎo)體領(lǐng)域被國外卡脖子的現(xiàn)象。
在“中國芯”的破局路上，中芯國際無疑是必不可少的關(guān)鍵一環(huán)。
3月3日，中芯國際發(fā)布公告稱，公司根據(jù)批量采購協(xié)議，已于2020年3月16日至2021年3月2日的12個月期間，就購買ASML產(chǎn)品與阿斯麥集團(tuán)簽訂了一份金額高達(dá)12億美元的購買單。
被“缺芯少魂”轟炸了一年多的智庫讀者們，肯定對ASML（阿斯麥）這個名字不陌生。荷蘭ASML（阿斯麥）公司是全球最大的光刻機(jī)制造商，也是全球唯一可以提供EUV光刻機(jī)的廠商，在全球高端光刻機(jī)市場處于壟斷地位。
彼時，國內(nèi)媒體翹首以盼，以為ASML終于要將EUV光刻機(jī)出售給中芯國際。然而，根據(jù)ASML公布的信息，此次交易購買的是DUV光刻技術(shù)設(shè)備。
在被潑了一盆冷水的同時，倒也不必難過。據(jù)悉，中芯國際已有DUV光刻機(jī)，此次購買DUV光刻機(jī)主要用于擴(kuò)充產(chǎn)能，而臺積電N7(第一代7nm工藝)和N7P（第二代7nm工藝）就是基于DUV光刻機(jī)制造，直到其N7+(第三代7nm工藝)則由更先進(jìn)的EUV光刻機(jī)制造。
另外，國產(chǎn)DUV光刻機(jī)也指日可待。近期有消息稱，上海微電子將在今年正式推出28納米光刻機(jī)。
據(jù)悉，上海微電子推出的光刻機(jī)，是目前較為先進(jìn)的“浸入式”光刻機(jī)，在芯片制程中，通過多次曝光、制作，可實現(xiàn)7nm芯片的生產(chǎn)。該光刻機(jī)將在今年正式投入生產(chǎn)，這將很大程度上的緩解我國在半導(dǎo)體領(lǐng)域被國外卡脖子的現(xiàn)象。
DUV與EUV有何區(qū)別
根據(jù)曝光源不同，光刻機(jī)分為EUV型（極深紫外線）和DUV型（深紫外線）兩種類型。具體來看，DUV光刻機(jī)的光源波長為193nm，而EUV光刻機(jī)的光源波長為13.5nm。值得注意的是，后者的光源并非地球上天然存在的光線，需要特定的技術(shù)和設(shè)備才能夠制造出來。相比DUV光刻機(jī)的光源，EUV光刻機(jī)光源的更短，故而折射率更大、能量更大。
此外，兩者在光路系統(tǒng)方面也存在不同。DUV光刻機(jī)主要利用光的折射原理，在透鏡和晶圓之間通過采用不同的介質(zhì)，來改變光刻性能。而EUV光刻機(jī)主要利用的是光的反射原理。而且，因為光源的特殊性，其也需要在真空中進(jìn)行操作，這是由于無論是水分子還是空氣中的其他介質(zhì)，都會讓光源被吸收，從而造成損失。
另外，兩者對于鏡頭質(zhì)量的要求也有所區(qū)別。相比DUV光刻機(jī)，條件特殊且系統(tǒng)復(fù)雜的EUV光刻機(jī)對鏡頭質(zhì)量更加嚴(yán)格。資料顯示，EUV光刻機(jī)需要反射透鏡具備極高的光學(xué)精度，同時還需要反射鏡表面鍍有采用Mo/Si多層膜結(jié)構(gòu)，以便于實現(xiàn)最佳反射率。
以上述種種，最終造就了EUV光刻機(jī)和DUV光刻機(jī)在應(yīng)用和價值上的區(qū)別。據(jù)了解，DUV光刻機(jī)只能做到25nm，在雙工作臺的加持下，才能夠做到10nm。而EUV光刻機(jī)，則可以制造10nm及以下的高精度工藝晶圓。
當(dāng)然，在浸潤式光刻等技術(shù)的加持下，臺積電也曾用DUV成功制造出第一代7nm芯片。前段時間，中芯國際在梁孟松的帶領(lǐng)下，用DUV經(jīng)過多重曝光，實現(xiàn)了N+1工藝，相當(dāng)于10nm級別，而N+2理論可達(dá)7nm級別。
然而，DUV光刻機(jī)利用多重曝光技術(shù)制造7nm芯片，往往也意味著更高的成本。如果想實現(xiàn)5nm及以上級別，就非EUV光刻機(jī)不可。
由此可見，EUV光刻機(jī)對全球集成電路產(chǎn)業(yè)的重要性非同小可。但我國倘若成功制造出全國產(chǎn)DUV光刻機(jī)，其意義也不可謂不重大。目前來看，這一目標(biāo)已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)。
2021年1月8日，中芯京城集成電路生產(chǎn)線項目獲準(zhǔn)開建。中芯京城是中芯國際、亦莊國投和大基金二期于2020年12月7日共同成立的合資公司，總投資500億人民幣。由于中芯京城將會是全面去美化，甚至是純國產(chǎn)化的生產(chǎn)線，這也成為中芯國際進(jìn)入實體清單的直接導(dǎo)火索。
關(guān)于具體時間，以中芯北方作為參照，大概用了一年半的時間就把第一條產(chǎn)線建好，開始量產(chǎn)。由此推算，盡管計劃2024年才能最終完工，但中芯京城大概率會在2022年1月底之前搞定第一條產(chǎn)線。因此，為了配合中芯京城的進(jìn)度，上海微電子一定會在2021年中開始進(jìn)行光刻機(jī)的量產(chǎn)，2021年底至少有1-2臺國產(chǎn)光刻機(jī)進(jìn)入中芯京城的生產(chǎn)線進(jìn)行適配。
3月18日19:30-20:30
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實現(xiàn)芯片破局還有多遠(yuǎn)？
其實，在EUV光刻機(jī)領(lǐng)域，我國也在迅速追趕，且取得了一定成果。
據(jù)了解，中科院長春光電所目前在研國產(chǎn)最好的EUV光刻機(jī)，成功后將用于7nm及以下制程。
根據(jù)已有專利信息可知，長光所已經(jīng)可以實現(xiàn)離軸光學(xué)系統(tǒng)、超高重頻窄脈寬CO2激光器、極紫外光聚焦反射系統(tǒng)等光刻機(jī)子系統(tǒng)。其分化出來的上海光機(jī)所在EUV核心的液滴錫靶領(lǐng)域取得了較大突破。
盡管成果累累，但事實上，我國目前的芯片壓力仍然十分巨大。截止2020年12月31日，美國實體清單中我國上榜的實體超過400個。在芯片制造領(lǐng)域，自去年12月以來，中芯國際被美國列入了“實體名單”，美國半導(dǎo)體制造設(shè)備企業(yè)不能向被列入清單的企業(yè)出口商品，除非得到相關(guān)的許可證。目前，盡管中芯國際已獲美國許可，可以進(jìn)口相關(guān)設(shè)備，但只限于涉及14納米及以上的芯片技術(shù)。
同時，未來也并非坦途。據(jù)路透社3月1日報道，由谷歌前董事長埃里克·施密特領(lǐng)導(dǎo)的美國國家人工智能安全委員會（NSCAI），建議國會限制中國采購設(shè)備以制造先進(jìn)計算芯片的能力，以防止中國在未來幾年內(nèi)在半導(dǎo)體領(lǐng)域超越美國。
據(jù)了解，盡管諸如Applied Materials Inc、Lam Research Corp等許多芯片制造設(shè)備來自美國公司，這些公司已經(jīng)受到了美國的出口管制。但有些關(guān)鍵設(shè)備也來自日本的尼康和佳能公司以及荷蘭的ASML控股公司等。因此，NSCAI建議美國與這些國家合作，在每個國家建立對中國先進(jìn)芯片制造設(shè)備出口許可的“拒絕”政策。報告還建議將一項長期監(jiān)管措施正式納入美國政策，旨在將中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)限制在落后于美國兩代人的水平。
值得注意的是，同樣在3月1日，中國工信部總工程師田玉龍表示，中國高度重視芯片產(chǎn)業(yè)，將在國家層面給予大力扶持。具體來看，國家將對芯片企業(yè)進(jìn)一步擴(kuò)大減稅力度，并利用國家大基金二期對重點項目繼續(xù)加大投資。
不僅如此，工信部科技司也于2月公布了《全國集成電路標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會籌建公示》。從籌建申請的委員單位名單來看，不僅有包括海思半導(dǎo)體、大唐半導(dǎo)體、中星微電子等設(shè)計公司，還有國家集成電路創(chuàng)新中心、國家集成電路特色工藝及封裝測試創(chuàng)新中心等創(chuàng)新平臺及中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、西安微電子技術(shù)研究所、清華大學(xué)、北京大學(xué)等科研院所，更有華為、騰訊、小米等以用戶名義申請的企業(yè)，共計90家。
該委員會一旦成立，則意味著中國芯片企業(yè)將在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的框架下生產(chǎn)產(chǎn)品，互相配合協(xié)作，加快芯片國產(chǎn)化的速度。
寫在最后
毫無疑問，芯片仍將在未來一段時間內(nèi)成為亟需攻克的重大難題，但我國芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也表現(xiàn)出了難以想象的蓬勃活力。
數(shù)據(jù)顯示，目前中國芯片相關(guān)企業(yè)共有6.65萬家，2020年全年新注冊企業(yè)2.28萬家，同比大漲195%。而2021年前2月注冊量已達(dá)到4350家，同比增長378%。
如此蓬勃活力不禁讓人欣慰，相信在數(shù)千萬行業(yè)從業(yè)者的共同努力下，轉(zhuǎn)機(jī)也并不會遙遠(yuǎn)。
參考資料：
1.《華為的轉(zhuǎn)折！國產(chǎn)光刻機(jī)今年下線投產(chǎn)》， 5G通信
2.《中芯國際采購DUV光刻機(jī)，對比11億一臺的EUV光刻機(jī)，區(qū)別在哪里？》，數(shù)碼小妖精
3.《美國建議收緊對華出口芯片制造設(shè)備，讓中國半導(dǎo)體落后美國兩代人》，大空頭國際視野
4.《全國集成電路標(biāo)委會申請籌建》，中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報
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