光刻技術(shù)不再是一家獨大！這些光刻技術(shù)未來都有可能替代EUV

眾所周知，在當(dāng)前的芯片制造環(huán)節(jié)中，光刻是其中一個必不可少的重要環(huán)節(jié)。而光刻就需要用到光刻機，而7nm及以下芯片的光刻時，就需要用到EUV光刻機。EUV光刻機非常復(fù)雜，全球只有ASML一家企業(yè)能夠生產(chǎn)。

同時EUV光刻機成本非常高，一臺EUV光刻機售價超過10億元，最新的0.55數(shù)值孔徑的EUV光刻機，價格更是超過3億美元（20億元）。

這對于一般的晶圓企業(yè)而言，是不可承受的成本，所以一直以來，業(yè)界都探討EUV光刻機的替代方案。

美企突破光刻機技術(shù)

臺積電和ASML這兩家企業(yè)，是一路相輔相成走過來的，如今又是同病相憐，擁有著各自領(lǐng)域全球最頂尖的技術(shù)，但因為無法擺脫含美少部分技術(shù)，直接被拿住了“七寸”，并且逐步跨入了“陷阱”中，成為了老美限制中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的“棋子”。

臺積電如今算是喪失了斗志，作為負責(zé)人的劉德音，多次表態(tài)：“大陸市場沒有那么重要，丟失的產(chǎn)能訂單可以很快彌補回來，去美化產(chǎn)能的建設(shè)不是現(xiàn)階段目標(biāo)，目前最重要的是保持技術(shù)領(lǐng)先和工藝極致。”

這很顯然又掉入了另外一個“坑”當(dāng)中，目前大陸份額不足8%，且都是中低端產(chǎn)能，伴隨著國內(nèi)芯片廠商的快速崛起，隨時都有可能被取代，而對美企客戶的依賴程度達到了72%，放棄大陸市場那一刻開始，臺積電就已經(jīng)丟失了最好的“退路”。

反之ASML對目前的形勢了解的更透徹，在老美扶持英特爾取代臺積電曝光之后，ASML為了保住中國市場份額，直接選擇了和老美“硬鋼”，多次申明不會放棄中國市場，并且在行動上予以回應(yīng)，不僅大量出貨光刻機，還擴建配套工廠、擴展中國員工。

根據(jù)此前傳出的消息，英特爾將會優(yōu)先獲取到下一代的EUV光刻機，意味著臺積電的優(yōu)先獲取權(quán)已經(jīng)被剝奪了，老美重振本土產(chǎn)業(yè)鏈的計劃已經(jīng)啟動了，臺積電和ASML都將成為“犧牲品”，目前美企已經(jīng)展開了對于光刻機的研發(fā)，試圖擺脫對EUV光刻機的依賴。

受到進出口限制的影響，ASML的EUV光刻機只能銷售給特定客戶，這也讓各個國家啟動了對于光刻技術(shù)的研發(fā)，試圖擺脫被掌控的命運，而這個時候美企也開始落井下石，目前已經(jīng)取得了相對應(yīng)的成效，ASML的實際處境不容樂觀。

美企Zyvex使用電子束光刻機，成功制造出了0.7nm的芯片，要知道受到摩爾定律的影響，目前可證實的極限工藝為1.4nm，而現(xiàn)階段能夠量產(chǎn)的最頂尖工藝為3nm，綜合對比起來ASML并不具備優(yōu)勢。

據(jù)悉這種電子光束精度是比EUV要高的，可以用于后續(xù)光子芯片的制造，5nm芯片就已經(jīng)需要在指甲蓋大小的空間，集成上百億根的晶體管，依靠目前的技術(shù)顯然是無法突破，而電子光束光刻機已經(jīng)突破到了原子級，一旦成功研發(fā)并商用的話，ASML的技術(shù)很有可能被取代。

畢竟EUV光刻機產(chǎn)能有限，很多芯片廠商都獲取不到，只能利用DUV光刻機來解決問題，而美光科技就利用多重曝光技術(shù)，成功推出了1β工藝，有效提升了芯片15%的能效，以及35%的內(nèi)存密度，接近于EUV光刻機的效果，并且樣品已經(jīng)成功推動給了客戶。



三大光刻技術(shù) 各有所愛

目前已經(jīng)被確定的替代EUV光刻機的方案已經(jīng)有三種，分別是1、納米壓印光刻（NIL）；2、直接自組裝（DSA）光刻；3、電子束光刻（EBL）。

EBL電子束光刻機，大家可能熟悉了，上述美國公司Zyvex就搞出了一臺電子束光刻機(EBL)，并制造了768皮米（0.768nm），不過這種光刻方式速度慢，不可能用于在規(guī)模芯片制造。

而納米壓印光刻技術(shù)，目前被佳能押注，目前佳能已經(jīng)能夠提供NIL光刻機，比如東芝，就一直想用NIL光刻機來生產(chǎn)NAND閃存，同時在NIL光刻專利中，佳能遙遙領(lǐng)先。

當(dāng)然，目前NIL光刻機還不能與EUV光刻機相比，NIL光刻機遠遠達不到EUV的精度，但未來能可就說不準(zhǔn)了。

DSA光刻，目前沒有一定特定的廠商在下注，就像佳能對于NIL技術(shù)一樣。但如下圖所示，在NIL、EUV、DSA三大光刻機上，巨頭們都早已布局了。

佳能當(dāng)然主要布局NIL，在NIL專利中占絕對優(yōu)勢，至于EUV方面，基本上不關(guān)注，DSA光刻基本放棄。

而臺積電、三星這兩大晶圓巨頭，則是NIL、EUV、DSA三大光刻技術(shù)，都是做了準(zhǔn)備，不過EUV光刻的專利相對多一點，再是NIL,最后是DSA。

而ASML當(dāng)然發(fā)力EUV，但對NIL也比較關(guān)注，專利方面，EUV有345件，而NIL上也有187件，在DSA上則只有16件。

蔡司作為EUV光刻機的重要供應(yīng)鏈，主要還是發(fā)務(wù)EUV，專利上占到了353件，而NIL也有38件，DSA則為0。

很明顯，被ASML壟斷了EUV光刻機后，鑒于成本、產(chǎn)能等問題，EUV光刻機其實也面臨著非常大的競爭，也許現(xiàn)在還看不到對手，但未來還真說不準(zhǔn)。



中國光刻機的三次“突破”

在1952年，我國步入計算機科研，國家也正是成立了計算機科研小組，而此時的中國相對于外國來講，GDP仍然差距較大。

直到1956年，我國正式開始重視半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，并且成功研制出第一只晶體三極管，從此中國進入半導(dǎo)體的新紀(jì)元，然而此時相對世界上第一只三極管的誕生已經(jīng)過去了長達9年的時間。

伴隨著晶體管的研發(fā)成功，我國相關(guān)的科研進度也飛速加快，然而“天公不作美”，盡管我國努力在向著光刻機制造產(chǎn)業(yè)前進，但仍然困難重重。

1961年，美國GCA公司成功制造出第一臺接觸式光刻機，再加上新中國建立初期，美國、英國等17個國家就成立了國際巴黎統(tǒng)籌委員會，主要是為了限制成員國向發(fā)展中國家出口物資和高新技術(shù)，中國也在封禁的行列之中。

而光刻機，也被該委員會列為尖端科技產(chǎn)品，對于中國實施禁運，此時的中國也正式遭遇第一次“高科技卡脖”。

基礎(chǔ)實力差，加上外國這樣的“絆腳石”，讓中國不得不主張自行研發(fā)。

1977年，歷經(jīng)10年之久的中國經(jīng)過自己的不懈努力，上海光學(xué)機械廠成功制造出JKG-3型接觸式半自動光刻機。

這也代表著此時的中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在緊跟外國的科技發(fā)展步伐，然而真正距離美國制造出的光刻機已經(jīng)相差近二十年，并且就在同年，美國再次推出了真正的自動化光刻機。

后來的中國通過老一輩的科研工作者努力，正在一切向著前進的方向發(fā)展，然而本以為將會順利發(fā)展、步入快車道的中國光科技產(chǎn)業(yè)，在1984年遭遇了“中斷”。

伴隨著日后光刻機市場霸主ASML的誕生而打破，并且隨著中國重視重心逐步趨向于其他行業(yè)，中國在80年代底，開始主張“造不如買”的政策。使得自身的科研進度逐步減緩，以至于中國的集成電路在科研、教育等方面出現(xiàn)脫節(jié)，自主研發(fā)的道路越走越窄。

取而代之的是數(shù)以萬千的廉價勞動力，盡管后來盡力去跟進研發(fā)，但由于自身發(fā)展原因加上大環(huán)境影響，導(dǎo)致曾經(jīng)輝煌一時的半導(dǎo)體盛景已然成為“泡沫”。這也代表著中國由于自身原因遭遇第二次“卡脖”。

歷時20年之久，中國光刻機技術(shù)一直卡在193nm無法突破，中國隨著發(fā)展也逐漸認(rèn)識到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要性，開始探討突破193nm的方法。而此時的ASML卻已經(jīng)開始了EUV光刻機的研發(fā)工作，并且成功在2010年正式研發(fā)出第一臺EVU原型機。

此時的中國就已經(jīng)意識到了其重要性，快速向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進軍。恰巧2000年的中國，正是大量愛國人士回國創(chuàng)業(yè)的時代，他們帶著外國的先進知識和經(jīng)驗，進一步促使中國半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)得到光速發(fā)展。

2007年，上海微電子宣布研制出90nm的分布式投影光刻機，但由于大多數(shù)元器件來自國外，西方國家再次禁運，導(dǎo)致無法量產(chǎn)。后來國家為了解決這一難題，除了抓緊整機制造，還開始扶持一系列配套產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，在不懈努力下，光刻機產(chǎn)業(yè)也成功在2016年實現(xiàn)90nm的光刻機量產(chǎn)。

同年，中國的清華大學(xué)團隊和華卓精科成功研發(fā)了光刻機雙工作臺系統(tǒng)樣機，至此中國光刻機技術(shù)水平達到除ASML外的“外國”同步水平。

然而就在2019年，美國突然宣布對華為實施制裁，并且將制裁范圍從芯片擴展至其他更多的領(lǐng)域，光刻機對華銷售也在其中。而此時的中國，小于5nm的芯片晶圓只能依靠ASML的EVU光刻機生產(chǎn)，迫于美國的壓力，荷蘭只能妥協(xié)，中國因此迎來光刻機發(fā)展的第三次“卡脖”。

雖然迫于美國的壓力，荷蘭無法向中國出售先進制程的光刻機，但龐大的中國市場，讓ASML無法拒絕其誘惑力，數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，在2022年第一季度，ASML共交付62臺光刻機，其中21臺DUV都成功銷往中國。



中國封裝光刻機已位居全球前三

中國光刻機領(lǐng)域傳來了好消息。那就是我國的封裝光刻機巨頭長電科技獲得了全球前三的好成績，上半年營收達到了155.93億元人民幣。更重要的是，中國封裝巨頭還不僅僅只有長電科技，全球前10強有8家都是來自于中國，這給我國光刻機的未來增添了許多底氣。恐怕大家還不知道封裝光刻機是什么來頭吧？其實封裝光刻機不同于我們常見的ASML光刻機，封裝光刻機是一種支持芯片堆疊技術(shù)的平臺，與ASML的作用不同。

在未來的發(fā)展中，芯片堆疊技術(shù)將占據(jù)非常重要的位置，所以封裝光刻機是未來必不可缺的發(fā)展領(lǐng)域。我們中國在這次的選擇上十分聰明，因為在前段時間，荷蘭ASML技術(shù)高管曾公開表示，EUV光刻機的技術(shù)研發(fā)似乎已經(jīng)走到了頭，未來想要繼續(xù)研究更為高級的芯片，可能要換一條路了。那么封裝光刻機很有可能就是未來光刻機的一條路。不得不說，中國院士倪光南說對了，國產(chǎn)芯片發(fā)展道路雖然艱難，但是只要我們一步一個腳印走下去，才能將核心技術(shù)握在手中，屆時就沒人敢小看我們了。