“就算給圖紙，也造不出光刻機?！?

“就算舉全國之力發(fā)展半導體制造，也很難取得成功?！?

阿斯麥負責人、臺積電創(chuàng)始人張忠謀，在過去的兩三年間，不止一次公開表示中國大陸不可能憑一己之力成功制造光刻機。

其實嚴格意義來講，位于荷蘭的阿斯麥公司（ASML）雖然是全球唯一一家可以生產(chǎn)光刻機的公司，但其也不過是一家組裝公司而已，大量核心技術來源于美國，而且也有中國公司在阿斯麥供應鏈內(nèi)，比如福晶科技、華特氣體等。

實際上，在光刻機成品方面，上海微電子自從2002年成立至今，早已穩(wěn)穩(wěn)扎根于低端光刻機市場，90nm及以下制程產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)穩(wěn)定出貨，根據(jù)公開數(shù)據(jù)可知，上海微電子2018年出貨量大約在50-60臺之間，在大陸市場占比約為8成。所以上述倆人的這種論斷，要加一個前置條件，即“先進制程”光刻機。

我們常說的先進芯片，是指生產(chǎn)工藝小于28納米，即28\14\7\5\3nm制程的芯片，此次上海微電子舉行首臺2.5D/3D先進封裝光刻機發(fā)運儀式，雖然標志著中國首臺2.5D/3D先進封裝光刻機正式交付客戶，但對于我們目前被卡脖子的芯片制造而言，只是黑夜中一抹燭光。

“1”和“0”的故事

雖然“光刻機”近年來屢見報端，但是很少有人提及光刻機主要分為“前道、后道和面板”等三類，被卡脖子的，是前道光刻機，上海微電子此次發(fā)布的是封測光刻機。

如果把芯片制造比作食品生產(chǎn)，前道就是“食品”本身，后道是包裝袋，面板制造屬于平時想不起來，但是缺少就會直接痛擊消費者味蕾的“調(diào)味品”，為數(shù)碼生活調(diào)味，因為面板對于C端用戶而言，是其最“觸手可及”的。

因為沒了驅(qū)動芯片，不管是前道、還是后道芯片，都很難讓C端用戶，對芯片性能有一個直觀體驗。不過無論包裝和調(diào)味品對食品多么重要，如果沒有“食品”本身，其價值都是“0”。

所以想要完全體現(xiàn)后道、面板芯片的價值，就要先擁有性能優(yōu)良的前道芯片。在前道光刻機制造中，其實光刻機并不是按照“NM”數(shù)分類的，而是以光源波長來劃分為，采用436nm光源的“g-line光刻機”；365nm光源的“i-line光刻機”；248nm光源的“KrF光刻機”；193nm深紫外光源的“DUV光刻機”；以及采用13.5nm極紫外光源的“EUV光刻機”，這也是目前被卡脖子的主要產(chǎn)品。

目前上海微電子前道產(chǎn)品工藝，已經(jīng)觸及ArF工藝，對應的光刻膠，國內(nèi)目前已經(jīng)有上海新陽、彤程新材、南大光電、晶瑞股份等公司進行研發(fā)、生產(chǎn)，其中南大光電旗下ArF光刻膠，已經(jīng)在2020年底成功通過客戶驗證，是國內(nèi)第一只通過產(chǎn)品驗證的國產(chǎn)光刻膠。

而ArF光刻膠對于前道生產(chǎn)而言，是不可缺少的一項。雖然南大光電ArF光刻膠已經(jīng)通過了客戶驗證，但是借用全球TOP3的芯片制造商，國產(chǎn)芯片制造龍頭，中芯國際光刻膠負責人楊曉松的一句話：目前沒有一家國產(chǎn)光刻膠企業(yè)敢見他。

中芯國際目前是以28nm、14nm制程芯片為主要營收支柱，制程大于28nm的中低端芯片，只是中芯國際營收中很少的一部分。換言之，國產(chǎn)光刻膠尚不足以應對28nm制程和更先進的芯片，甚至不符合中芯國際對中低端芯片的制造要求。

這話或者已經(jīng)間接表明，國內(nèi)芯片前道生產(chǎn)目前面臨的困難，不僅沒有對應的光刻機，還缺少可以實現(xiàn)國產(chǎn)替代的光刻膠。不過好消息是，泰晶科技目前已經(jīng)在全自動晶圓調(diào)頻及測選機近日又取得新突破。

該設備主要用于光刻晶片的頻率自動調(diào)整，這一設備的研制成功，不僅填補了行業(yè)空白，而且保證了關鍵性技術的保密性，逐步為光刻機國產(chǎn)替代奠定基礎。

雖然在芯片前道制造中，DUV\EUV光刻機可謂是一步一個坎兒，但在前道工藝設備中同樣處于重要地位的蝕刻機設備，已經(jīng)為光刻機發(fā)展蹚出一條“血路”。

蝕刻機在封鎖中成為單項第一

在前道晶圓制造中，所用到的專用設備主要包括氧化/擴散設備、光刻設備、刻蝕設備、清洗設備、離子注入設備、薄膜沉積設備、化學機械拋光設備。其中刻蝕和光刻、薄膜沉積，并稱為半導體制造三大核心工藝。

“光刻”是指在涂滿光刻膠的晶圓（或者叫硅片）上蓋上事先做好的光刻板，然后用紫外線隔著光刻板對晶圓進行一定時間的照射。原理就是利用紫外線使部分光刻膠變質(zhì)，易于腐蝕。

“刻蝕”是光刻后，用腐蝕液將變質(zhì)的那部分光刻膠腐蝕掉（正膠），晶圓表面就顯出半導體器件及其連接的圖形。然后用另一種腐蝕液對晶圓腐蝕，形成半導體器件及其電路。

至2015年，中微公司不斷精進產(chǎn)品工藝，蝕刻機工藝，一直與世界先進水平保持同步，并且憑借良好的營銷策略，逼著美國取消蝕刻機銷售限制，因為當時以美國技術主導的蝕刻機產(chǎn)品，市場份額已經(jīng)受到明顯吞噬。

三年后的2018年，根據(jù)IHS Market統(tǒng)計，中微公司更是一舉打破維易科和愛思強，在MOCVD設備的壟斷地位，占全球新增氮化鎵基LED-MOCVD市場份額的41%，下半年全球占比更是超過60%，單一產(chǎn)品占有量全球第一。

時間來到2021年，中微公司蝕刻機制程提升至5nm，并成功研制3nm蝕刻機，2022年1 月22日，中微公司披露2021年業(yè)績預告，預計營收同比增加36.73%，達到31.08億元，新簽訂單41.3億元，同比增加90.5%，約增加19.6億元。體現(xiàn)在利潤上，中微公司歸母凈利潤約為9.5億元至10.3億元，同比增幅約為93.01%至109.26%。

除中微公司外，北方華創(chuàng)也是國內(nèi)主要蝕刻機生產(chǎn)廠家。但根據(jù)亞化咨詢統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2020年12月16日，長江存儲累計招標348臺刻蝕設備，其中美國廠商Lam Research中標187臺，占總采購數(shù)量的比例為54%。

國內(nèi)廠商中微公司、北方華創(chuàng)、屹唐股份分別中標50臺、18臺、13臺，國產(chǎn)化率達到23.85%；華虹六廠累計招標81臺刻蝕設備，其中LamResearch中標45臺，占總采購數(shù)量的比例為56%，中微公司中標15臺，為華虹六廠刻蝕設備第二大設備供應商，占總采購數(shù)量的比例為19%。

從全局來看，蝕刻機國產(chǎn)替代率依舊有巨大提升空間，芯片設備國產(chǎn)替代之路依舊任重道遠。

對于芯片生產(chǎn)廠商而言，設備更換具有特定的周期性，除了常見的設備磨損導致設備更換外，還有一個重要原因就是技術迭代。而且隨著芯片制程不斷升級，蝕刻設備的重要性正逐步提升。

更關鍵的是，以中微公司為例，公司旗下蝕刻機早已可以應用于第三代半導體，第三代半導體頭部廠商三安光電就是其客戶，中微公司MOCVD設備可以加工第三代半導體材料氮化鎵。

根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)，5nm 制程芯片所需使用的刻蝕次數(shù)高達 160 次，較 14nm 提升 150%，直接增加了刻蝕工藝的資本支出，刻蝕設備在晶圓廠產(chǎn)線中的價值占比正在不斷提升。

根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)顯示，2015年至2017年，等離子刻蝕設備市場規(guī)模復合增速為17%，超過其他前道設備市場增速。目前，存儲器件正從2D向3D結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，邏輯器件向3nm等技術節(jié)點發(fā)展，這些工藝的變化使得等離子體刻蝕設備成為更關鍵的設備，其市場增速超過光刻機和其他前道設備。

3DNAND層數(shù)的增加要求刻蝕技術實現(xiàn)更高的深寬比。集成電路2D存儲器件的線寬已接近物理極限，NAND閃存已進入3D時代。3D NAND制造工藝中，增加集成度的主要方法不再是縮小單層上線寬而是增加堆疊的層數(shù)。

刻蝕要在氧化硅和氮化硅一對的疊層結(jié)構(gòu)上，加工40：1到60：1的極深孔或極深的溝槽。根據(jù)東京電子的統(tǒng)計，3DNAND中刻蝕設備的支出占比達到50%，遠高于此前工藝NAND的15%。

問題天生就是用來解決的

通過梳理，我們不難發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)光刻機目前遇到的困難，國產(chǎn)蝕刻機都曾遇到過，而且國產(chǎn)蝕刻機起步甚至還比光刻機晚兩年，一樣可以在短期內(nèi)取得突破性進展，并可以實現(xiàn)技術領先。

不可否認，光刻機的制造存在客觀困難，但如今已經(jīng)實現(xiàn)了從“0”到“1”的突破，目前要解決的問題，是在“1”后面加幾個“0”的問題，既然存在問題，對應著就會存在解決問題的方法，只是需要人才、資金、宏觀政策扶持。

如今在光刻機領域，上述三個條件已經(jīng)完全具備，剩下的，只能等時間給我們答案。畢竟，中科院也曾在1960年就成立了半導體研究所，北大物理系半導體研究小組，甚至比韓國/中國臺灣提前四五年，成功研制三種類型的（硅柵NMOS、硅柵PMOS、鋁柵NMOS）1KDRAM動態(tài)隨機存儲器。

今天的國產(chǎn)半導體，難道還能“更差嗎”？