繞過EUV光刻機(jī)？國產(chǎn)企業(yè)紛紛投身于光刻機(jī)領(lǐng)域，DUV光刻機(jī)突破指日可待

極紫外線光刻機(jī)是芯片生產(chǎn)工具，是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的核心設(shè)備，對芯片工藝有著決定性的影響。小于5納米的芯片晶圓，只能用EUV光刻機(jī)生產(chǎn)。2018年4月，中芯國際向阿斯麥下單了一臺EUV(極紫外線)光刻機(jī)，于2019年初交貨。阿斯麥公司掌握了90%以上的高端光刻機(jī)市場份額。最新的兩代高端光刻機(jī)領(lǐng)域，即浸入式(Immersion)和極紫外線式(EUV)光刻機(jī)，全部由阿斯麥掌握核心技術(shù)。

光刻機(jī)在芯片制造中的重要性不言而喻，而在遭到斷供威脅之后，俄也再次做出決定——2022年3月31日多家科技媒體爆料，莫斯科電子科技研究院(The Moscow Institute of Electronic Technology)已經(jīng)開始著手研究新型光刻機(jī)來應(yīng)對ASML的斷供威脅。

EUV光刻機(jī)是如今先進(jìn)制程芯片制造中必不可少的設(shè)備之一，但是大家是否想過為什么EUV光刻機(jī)必不可少?這就牽扯到EUV LLC聯(lián)盟，為了制定下一代光刻機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，由美國能源部牽頭聯(lián)合了IBM、英特爾、AMD、摩托羅拉等科技企業(yè)以及勞倫斯利弗莫爾、桑迪亞和勞倫斯伯克利三大實(shí)驗(yàn)室，最終得以在極紫外光技術(shù)取得突破，而ASML則成為EUV光刻機(jī)的具體制造者。所以雖然看起來EUV光刻機(jī)是ASML的產(chǎn)品，但是其背后則是眾多西方科技企業(yè)的背影。那么為什么EUV光刻機(jī)得以成為最終標(biāo)準(zhǔn)?一方面是當(dāng)時光刻機(jī)霸主尼康和佳能被排除在這個計劃之外成為犧牲品，另一方面則是當(dāng)時全球化處于蜜月期，沒有人能夠想到后來竟然會發(fā)生斷供的可能。

因此在研究新型光刻機(jī)時，俄方選擇了不同于EUV(極紫外線)的X射線作為光源。極紫外光EUV的波長為13.5nm，可以用于制造7nm及以下的先進(jìn)工藝;X射線的波長介于0.01nm到10nm之間，理論分辨率比EUV光源要高不少，因此也可以用于先進(jìn)制程光刻機(jī)。同時X射線光刻機(jī)的另一個優(yōu)點(diǎn)是不需要光掩膜版而是直寫光刻，無論是從成本還是性能方面考慮都是一個切實(shí)可行的方案。

作為曾經(jīng)全球第一大國，俄在技術(shù)方面上也有不少的積累，特別是在X射線以及等離子方面都有不錯的積累。如今跳出EUV框架選擇X射線作為光刻機(jī)的突破路線確實(shí)是一個切實(shí)可行的選擇。同時由于更短的波長使得X射線在1nm及更先進(jìn)的制程中也存在反超EUV光刻機(jī)的可能。

但是從反方向來說，選擇X射線光刻機(jī)路線也面臨著非常大的難度，首先就是產(chǎn)業(yè)鏈問題。EUV光刻機(jī)為何始終難以撼動?高達(dá)10萬個零件背后所牽扯到的是包括光源系統(tǒng)、光學(xué)鏡頭系統(tǒng)、雙工件臺系統(tǒng)等等全球多家頂級科技企業(yè)的結(jié)晶。如今的EUV光刻機(jī)已經(jīng)形成了一整套完備的產(chǎn)業(yè)鏈，不同企業(yè)負(fù)責(zé)不同分工來完成這臺精密的儀器。X射線光刻機(jī)確實(shí)可以完成理論方面的研究，但是由于缺乏產(chǎn)業(yè)鏈的支持，導(dǎo)致這種類型的光刻機(jī)難以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，或者量產(chǎn)成本過高。隨之而來的就是商業(yè)化應(yīng)用難以推廣，最終導(dǎo)致失敗。

光刻機(jī)是半導(dǎo)體制造中的核心設(shè)備之一，EUV光刻機(jī)全球也只有ASML公司能夠研發(fā)、生產(chǎn)，但它的技術(shù)限制也很多，俄羅斯計劃開發(fā)全新的EUV光刻機(jī)，使用的是X射線技術(shù)，不需要光掩模就能生產(chǎn)芯片。

光刻機(jī)的架構(gòu)及技術(shù)很復(fù)雜， 不過決定光刻機(jī)分辨率的主要因素就是三點(diǎn)，分別是常數(shù)K、光源波長及物鏡的數(shù)值孔徑，波長越短，分辨率就越高，現(xiàn)在的EUV光刻機(jī)使用的是極紫外光EUV，波長13.5nm，可以用于制造7nm及以下的先進(jìn)工藝工藝。

俄羅斯莫斯科電子技術(shù)學(xué)院 (MIET)現(xiàn)在就接下了貿(mào)工部的6.7億盧布資金(約合5100萬元人民幣)，也要開發(fā)制造芯片的光刻機(jī)， 而且號稱要達(dá)到EUV級別，但技術(shù)原理完全不同，他們研發(fā)的是基于同步加速器和/或等離子體源”的無掩模X射線光刻機(jī)。

X射線光刻機(jī)使用的是X射線，波長介于0.01nm到10nm之間，比EUV極紫外光還要短，因此光刻分辨率要高很多。

盡管關(guān)于ASML的消息很多，這家全球光刻機(jī)巨頭在年初公布了2021年財報，很亮眼，這讓我們看到作為EUV光刻機(jī)獨(dú)家供應(yīng)商的巨大利潤。

不過很快，關(guān)于ASML指責(zé)中國企業(yè)東方晶源侵權(quán)一事就迅速成為熱點(diǎn)，目前的進(jìn)展，還是停留在東方晶源的回復(fù)上，其表示報道與事實(shí)不符，東方晶源有自主的知識產(chǎn)權(quán)。

然而近日，關(guān)于ASML的一些新消息出來了，確切的說，是關(guān)于EUV光刻機(jī)的重要事項。

據(jù)悉，ASML在近日正式宣布了EUV光刻機(jī)的發(fā)展路線圖，其EUV光刻機(jī)的下一個重大技術(shù)變革，將會是高數(shù)值孔徑系統(tǒng)。

所謂的高數(shù)值孔徑系統(tǒng)，簡單來說就是光刻機(jī)的光學(xué)鏡頭部分，而增大鏡頭的數(shù)值孔徑，可以確保光刻機(jī)制造更先進(jìn)的芯片。

或許這樣的信息對大家來說沒有什么其他感覺，但其實(shí)很不尋常，其實(shí)該消息的出現(xiàn)，就意味著ASML又回到了30年前的狀態(tài)。

這是怎么回事呢?讓我們慢慢為您道來。

ASML成立時并非是從零開始，其最初是一家合資公司，母公司則是飛利浦和ASM，ASM在當(dāng)時就是一家半導(dǎo)體設(shè)備制造商，而飛利浦當(dāng)時也有自己的光刻機(jī)研發(fā)部門。

不過在當(dāng)時的市場上，飛利浦的光刻機(jī)很不入流，或者說，飛利浦根本沒有市場存在感，其市場地位倒數(shù)第一。

因此光刻機(jī)的業(yè)務(wù)，實(shí)際上已經(jīng)被飛利浦邊緣化，因此ASML的成立，被當(dāng)時的人們認(rèn)為，是飛利浦為了甩掉光刻機(jī)業(yè)務(wù)。

為什么這么說呢?在ASML成立之前，飛利浦已經(jīng)在研發(fā)PAS2000型光刻機(jī)，但是遇到了問題，沒有合適的鏡頭。

盡管飛利浦也有自己的光學(xué)部門，但是該部門甚至連為顯微鏡生產(chǎn)鏡頭的能力都沒有。

在芯片制造領(lǐng)域，由超過10萬個零件組成的EUV光刻機(jī)毫無疑問是最重要的一環(huán)。特別是在7nm以下的先進(jìn)制程領(lǐng)域，沒有EUV光刻機(jī)也就意味著寸步難行。

僅僅憑借光刻機(jī)這單一領(lǐng)域，光刻機(jī)制造廠商ASML市值就超過3000億美元。要知道誕生于1891年的飛利浦市值不過288億美元，誕生于1876年的愛立信不過413億美元。而誕生于1984年的ASML僅僅經(jīng)歷了38個年頭就一舉超過諸多百年科技巨頭，成為歐洲市值最高的科技企業(yè)。

ASML取得巨大成功的背后也意味著另一巨大的變化：科技正在顛覆舊有秩序，顛覆性的新技術(shù)將產(chǎn)生巨大沖擊。在如今元宇宙、新能源汽車、人工智能等諸多領(lǐng)域紛紛崛起的現(xiàn)在，芯片的重要性正日益凸顯，隨之而來的則是EUV光刻機(jī)的地位同樣水漲船高。

從2015年第一臺EUV光刻機(jī)問世以來，ASML的產(chǎn)量逐年增加：2015年1臺，2016年4臺，2017年11臺，2018年18臺，2019年26臺，2020年31臺，2021年41臺。EUV光刻機(jī)累計數(shù)量已經(jīng)達(dá)到132臺，但遺憾的是其中沒有一臺是屬于我們的。

其實(shí)中芯國際早在2018年就花費(fèi)1.2億美元向ASML訂購了一臺型號為NXE：3400C 的EUV光刻機(jī)，但是直到四年后的今天這一臺光刻機(jī)依然沒有到貨。而近日ASML現(xiàn)任CEO溫彼得(Peter Wennink)再次公開表示：并沒有向中國出售EUV光刻機(jī)的打算。

至此所有的幻想都該清醒了。此前ASML選擇將DUV光刻機(jī)降價銷售并贏得了中芯國際78億人民幣的訂單;同時ASML還公開表態(tài)到2025年EUV光刻機(jī)占比將超過60%。兩個消息傳來之后很多人以為這是在為EUV光刻機(jī)銷售鋪路，但沒想到真實(shí)情況卻和所有人期待的結(jié)果大相徑庭。

DUV光刻機(jī)為什么降價銷售，主要原因有兩個。一方面是除了ASML之外，在全球范圍內(nèi)尼康和佳能這兩家日本廠商同樣在生產(chǎn)DUV光刻機(jī)。作為前一代的產(chǎn)品，主要用于14nm及以上的制程，因此競爭比較激烈，選擇降價銷售能夠有效打擊競爭對手，延緩其對于EUV光刻機(jī)的追趕。

另一方面DUV光刻機(jī)隨著時間的推移，大量專利逐漸過了保護(hù)期，國內(nèi)也有不少廠商紛紛踏足DUV光刻機(jī)領(lǐng)域。例如上海微電子就曾經(jīng)在2020年交付過兩臺可用于90nm芯片制造的SSA600系列光刻機(jī)。

同時上海微電子還聯(lián)合了北京科益虹源(光源系統(tǒng))，北京國望光學(xué)(物鏡系統(tǒng))，國科精密(曝光光學(xué)系統(tǒng))，華卓精科(雙工作臺)，啟爾機(jī)電(浸沒系統(tǒng))一同攻關(guān)可用于28nm芯片制造的ArF浸潤式DUV光刻機(jī)。

隨著國產(chǎn)企業(yè)紛紛投身于光刻機(jī)領(lǐng)域，DUV光刻機(jī)取得突破指日可待。