谨慎乐观：中国有望在两三年内突破高端光刻机制造技术

中国是芯片进口世界第一大国，进口额超过了石油进口额。美国为了遏制中国科技发展，对中国高科技企业，特别是芯片制造业实施断粮策略，限制高端光刻机和光刻设备材料出口到中国。华为的手机制造受此影响巨大，海外市场收缩较大，被迫卖掉荣耀手机品牌，利用有限高端手机芯片库存，限量制造出售高端华为手机，维持高端手机业务。华为凭借自己的能力和智慧挺过来了，华为消费者终端CEO余承东也对外界表示华为活过来了。

目前，在中国芯片制造工艺流程中，卡脖子的就是制造，制造关键的设备是光刻机，华为最先进的手机芯片是台湾台积电代工的，由于美国制裁，台积电不敢代工生产了。中国大陆最先进的光刻机制造商是上海微电子。近日，中国最大芯片制造企业中芯国际和荷兰AMSL签订了巨额DUV光刻机等进口合同。阿斯麦此次顺利出口光刻机还是看重了商业利益，因为上海微电子设备公司（SMEE）研发的28nm第二代深紫外（DUV）光刻机最快在2021年4季度实现交付，可用于7nm芯片生产。这种DUV光刻机可利用多次曝光实现7nm芯片生产，届时华为的7nm高端芯片又可以出货了。虽然不能生产5nm以下芯片，但至少可以继续高端手机研发生产了。况且目前的5nm手机芯片集体翻车，性能、耗电等不及预期，这都给了华为和中国芯片喘息的机会。

中芯国际董事梁孟松曾透露说，中芯的7nm芯片开发任务已经完成，预计2021年4月份就能够进入风险性试产阶段。而这一旦成功，将会扭转目前的被动局面，华为的芯片生产问题也许就迎刃而解了。

极紫外EUV光刻机是实现7nm以下芯片制造的关键设备，目前只有AMSL能够生产。但是，受西方高科技出口管制，AMSL不会卖给我们中国大陆。那么问题来了，中国两三年内能突破EUV光刻机吗？

由于光刻机是高科技产品，我们也只能从众多的媒体消息和专利论文中分析光刻机的理论基础、产业特点和研发进展，结合中国国情环境推测比较合理的EUV光刻机研发时限。

由于暂时没有EUV光刻机，有人认为我们可以在碳基芯片，石墨烯材料方面实现弯道超车，利用现有光刻技术实现新型高端芯片生产。这是一个相对长远的发展规划，并不能解决目前的困境。现实是我们还是需要高端光刻机的。

EUV光刻机的原理基础并不复杂，难点主要是大功率EUV光源、真空光路系统和镜头模组。EUV光刻机概念在2003年就已经出现，受制于EUV光源功率太小，一直没有产业化，直到AMSL于2012年收购了一家顶级准分子激光源提供商Cymer后才在2017年实现突破。从全球领先的专利查询平台智慧芽上了解到， Cymer是一家专注于激光、X射线及深紫外光源的企业。收购Cymer，让ASML直接从源头上获得了其发展中至关重要的光刻机光源技术。进而加速了EUV光刻机的发展。

近期，清华大学研究团队报告了一种新型粒子——“稳态微聚束”（Steady-state microbunching，SSMB），并进行了原理验证实验。该粒子可以获得光刻机所需要的极紫外（EUV）波段，这为大功率EUV光源的突破提供了全新的解决思路。该理论研究成果能不能实现大功率EUV光源制造现在还不得而知，但是可以看出我们在极紫外波段光源上的理论基础是不缺乏的。

AMSL的光学镜头组是德国蔡司制造的，要达到光刻机要求的精度并非易事，这是光刻机制造的另一个难点。

2017年6月，中科院长春光机所牵头的02专项“极紫外光刻关键技术研究”项目通过验收，该项目成功研制了波像差优于0.75 nm RMS的两镜EUV光刻物镜系统，构建了EUV光刻曝光装置，国内首次获得EUV投影光刻32 nm线宽的光刻胶曝光图形。

2018年11月，中科院光电技术研究所承担的“超分辨光刻装备研制”项目通过验收，该装备在365nm光源波长下，单次曝光最高线宽分辨力达到22nm，项目在原理上突破分辨力衍射极限，建立了一条高分辨、大面积的纳米光刻装备研发新路线。

尽管多个光刻机项目取得成果并通过验收，但真正实现量产并应用于生产线上还需要攻克一系列技术难关。

其实光刻机是一个小众市场，光刻机巨头AMSL年产值也不过几十亿美元，客户有限，主要客户是台积电、三星、格芯、英特尔、中芯国际等。AMSL的高端EUV光刻机虽然产能有限，供不应求，但世界各国上马EUV光刻机项目的凤毛麟角，因为这个市场太小，而研发投资太大，即便研发成功了也难以选择市场，投资风险大。就像是航母拦阻索一样，以前世界上只有美、英、俄能够制造，现在中国也可以了。虽然说这条拦阻索涉及多个行业学科的尖端技术和工艺，但并不是多难做。以前中国不生产主要是生产了也没有地方用，卖给谁啊？法国航母用的是美国制造的拦阻索，也不能说法国就不能研发制造，可能就是法国不想费那钱和精力去研究。光刻机的研发制造太烧钱，只有有限的几个国家和地区愿意搞，有能力搞。而中国受制于西方高科技遏制，必须把光刻机拿下来。

2020年9月，中科院正式宣布，已成立光刻机攻关小组，且每位参战科研人员均已立下军令状，争取在短时间内研制出属于我们自己的EUV光刻机，为国内企业的发展保驾护航。

据华为心声社区消息，2020年10月，中国C9高校校长专程到华为进行了参观拜访，任正非进行了热情接待，在谈到光刻机等“卡脖子”问题时，任正非表示：大学不要管当前的“卡脖子”，大学的责任是“捅破天”。任正非说，当前这些“卡脖子”问题大都是一些工程科学、应用科学方面的问题，这些问题查一下公开的论文就可以做出来，卡不住我们的脖子，所以交给一部分工科院校来做是没问题的，但是对于C9这种顶尖的综合性大学应该往“天上”走，不要被这两、三年的工程问题受累，要着眼未来二、三十年国家与产业发展的需要。华为作为国际一流的高端芯片设计企业，虽然没有芯片制造能力，但对于芯片制造的关键问题还是非常清楚的。任正非的讲话点出了我们需要攻关的方向是工程应用技术而不是基础理论。

有媒体报道，华为方面已经开始着力自建芯片晶圆厂，并且已经在招聘光刻工艺工程师，工作地点在东莞松山湖。消息称，华为“确实去很多半导体设备厂挖人”，一家国产光刻机厂商“被挖走了不少人”。

据《日经中文网》报道，二手芯片设备的价格在最近一年上涨大约20%，其中光刻设备的涨幅高达三倍以上。据三菱UFJ租赁的负责人透露，目前有大概90%的二手设备都流向中国市场。由于西方国家制定的《瓦森纳协定》限制中国购买7nm以下光刻设备，而二手设备不在限制之列，无需复杂的报批手续，国内众多企业开始购进二手光刻设备，这些设备除了用于生产外有些就是搞研发用的。

据媒体消息，目前，中国中科院成功研发出了生产2nm及以下芯片工艺，所需要的新型晶体管叠层垂直纳米环栅晶体管。打破日韩美等国芯片制造技术的垄断地位。一旦EUV光刻机取得突破，2nm芯片设计、制造、封测的世界基地将会在中国大陆出现。

历史上西方对中国封锁的东西我们一步步都突破了，从早期的两弹一星，国际空间站，激光陀螺仪到现在的卫星导航，航空母舰，太空探索，没有一个能阻挡住我们。中国是圆珠笔的世界第一生产国，年产圆珠笔400多亿枝，但笔尖钢珠却不能自主生产深深刺痛了国内科研工作者。怎么办，干，任务下达到太原钢铁集团和中科院，经过数年攻关终于突破外国技术封锁，生产出了稳定可靠的笔尖钢。我们举全国之力搞研发的优势在光刻机身上肯定也会体现出来。

有国家政策、资金、技术、人才支持，和众多企业的通力合作，EUV光刻机的突破应该不是个大难题。业内专家乐观估计，最快两到三年可实现高端光刻机的研发制造能力。