中科院、上微自主研製成功新型光刻機 有望局部實現國產化替代

日前，中科院光電技術研究所自主研製成功紫外納米壓印光刻機。

與此同時，上海微電子也發布了平板顯示光刻機，產品良率高達95%（原本的良率為70%-80%）的高亮度LED光刻機，MEMS和功率器件光刻機。

雖然媒體僅僅輕描淡寫報導，但這些消息卻蘊含著不同尋常的意義。

什麼是光刻機？光刻機是晶片生產中最核心的設備，也是大陸晶片生產設備製造的最大短板。

不少網友會將光刻機和刻蝕機搞混，其實，光刻機的工作原理是用光將電路結構臨時「複製」到矽片上，而刻蝕機是按光刻機刻出的電路結構，刻出溝槽的設備，是在晶片上做減法，與之相應的是做加法（鍍膜）。

光刻機用途廣泛，有用於生產晶片的前道光刻機，有用於封裝的後道光刻機，還有用於LED製造領域的投影光刻機。

前道光刻機就是在晶片生產中將電路圖映射到矽片上的光刻機，後道光刻機也被稱為封裝光刻機、bumping光刻機，在晶片生產出來後，線路圖是裸露在外面的，還需要用後道光刻機來裝個殼，就是常見的晶片四四方方、帶針腳和商標的那一層。

現在江陰的長電科技就是用後道光刻機來加工iphone 6晶片的。

雖然在前道光刻機方面嚴重依賴進口，但在後道光刻機和投影光刻機方面，國內廠商還是頗為可圈可點的——上海微電子的國內市場占有率超過80%，全球市場占有率為40%；用於LED製造的投影光刻機的市場占有率為20%。

再來說說光刻機工作原理。

通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小後映射到矽片上，不同光刻機的成像比例不同，有5:1，也有4:1。

然後使用化學方法顯影，得到刻在矽片上的電路圖（即晶片）。

一般的光刻工藝要經歷矽片表面清洗烘乾、塗底、旋塗光刻膠、軟烘、對準曝光、後烘、顯影、硬烘、雷射刻蝕等工序。

經過一次光刻的晶片可以繼續塗膠、曝光。

越複雜的晶片，線路圖的層數越多，也需要更精密的曝光控制過程。

現在最先進的晶片有30多層。

其實，在半導體設備製造方面，中國和西方差距最大的就是光刻機——由於光刻機研發資金需求大，門檻高，從事光刻機研發的企業也越來越少，像日本的佳能和尼康過去也做光刻機，早些年Intel為了制衡ASML，扶持日本廠商與ASML對抗。

但因日本金融風暴後失落的20年、少子化造成的產業衰退，佳能和尼康與ASML競爭中的劣勢越來越大，佳能已經基本放棄光刻機領域，尼康的光刻機能做到20nm左右，但市場份額已經被ASML擠壓，無力再繼續重金投入研發。

目前，光刻機業界龍頭老大是荷蘭ASML。

而EVU光刻機量產型號已經做到14nm水平，現在Intel、三星的14nm光刻機都是買自ASML。

光刻機研發成本巨大，Intel、台積電、三星都是它的股東，重金供養ASML，並且有技術人員駐廠，格羅方德、聯電以及中芯國際（大陸代工廠龍頭老大）等代工廠的光刻機主要也是來自ASML。

ASML EVU光刻機 問世時售價曾達1億美元

Cymar製造的EUV用LPP光源系統

與ASML相比，中國光刻機企業就顯得相當寒磣——中國光刻機廠商有上海微電子裝備有限公司、中國電子科技集團公司第四十五研究所、合肥芯碩半導體有限公司、先騰光電科技有限公司、無錫影速半導體科技有限公司。

在這幾家公司中，處於技術領先的是上海微電子裝備有限公司，該公司已量產的光刻機中性能最好的是90nm光刻機。

早在幾年前，上海微電子就製造出90nm光刻機，當時國際主流代工廠的代工水平是65nm，平心而論，在這個情況下，製造出90nm光刻機，上海微電子還是蠻給力的，但因為最核心的光源是進口的，國外為了限制中國光刻機製造業，在核心零部件上限制中國，經常在核心零件上卡我們脖子。

在技術上受制於人，導致上海微電子90nm光刻機無法規模化量產。

同時，西方國家對中國開放65nm光刻機，並通過各種渠道遊說中國政府和國企，中國能夠採購到比國產更先進的光刻機後，或多或少的影響了對光刻機核心零部件的研發，不同程度上減少了對上微的扶持力度。

因國內光刻機市場被外商占據，上微重金研發的90nm光刻機因光源技術上受制於人，導致產能不穩定，巨額研發資金血本無歸。

國家減少了扶持力度，導致上海微電子效益很差，研發人員無法安心研發技術，廠子人心浮動，造成大批技術骨幹流失。

西方國家絞殺+在沒有掌握核心設備生產能力+科研資金有限+技術團隊流失的情況下，上海微電子的光刻機無法升級，所以到現在一直卡在90nm。

隨著核高基02專項解決了光源、物鏡等核心部件受制於人的情況，國產光刻機技術進步即將迎來一個發展期，雖然據小道消息稱已經成功研發出55nm級別的光刻機，但由於有國外大廠淘汰的二手設備的存在，使國產光刻機基本不具備市場競爭力。

而本次上海微電子發布的平板顯示光刻機，產品良率高達95%的高亮度LED光刻機，MEMS和功率器件光刻機主要針對LED製造和MEMS和功率器件等領域；同樣，中科院光電技術研究所自主研製成功紫外納米壓印光刻機並非能取代ASML產品的存在，僅僅是在微納流控晶片加工、微納光學元件、微納光柵、NMEMS器件等微納結構器件的製備方面具有市場潛力。

該光刻機有可能是瑞典Obducat公司的Eitre-3同類型產品，而且很有可能依舊處於實驗室階段。

最後，期待這些國產光刻機早日產業化，也祝願國產光刻機能越做越好，縮短和ASML的技術差距。

（作者：鐵流 微信公眾號：tieliu1988）