中国首台光刻机交付，2022国产芯片还能更差吗？

“就算给图纸，也造不出光刻机。”“就算举全国之力发展半导体制造，也很难取得成功。”阿斯麦负责人、台积电创始人张忠谋，在过去的两三年间，不止一次公开表示中国大陆不可能凭一己之力成功制造光刻机。

其实严格意义来讲，位于荷兰的阿斯麦公司（ASML）虽然是全球唯一一家可以生产光刻机的公司，但其也不过是一家组装公司而已，大量核心技术来源于美国，而且也有中国公司在阿斯麦供应链内，比如福晶科技、华特气体等。

实际上，在光刻机成品方面，上海微电子自从2002年成立至今，早已稳稳扎根于低端光刻机市场，90nm及以下制程产品已经实现稳定出货，根据公开数据可知，上海微电子2018年出货量大约在50-60台之间，在大陆市场占比约为8成。所以上述俩人的这种论断，要加一个前置条件，即“先进制程”光刻机。

我们常说的先进芯片，是指生产工艺小于28纳米，即28\14\7\5\3nm制程的芯片，此次上海微电子举行首台2.5D/3D先进封装光刻机发运仪式，虽然标志着中国首台2.5D/3D先进封装光刻机正式交付客户，但对于我们目前被卡脖子的芯片制造而言，只是黑夜中一抹烛光。

“1”和“0”的故事

虽然“光刻机”近年来屡见报端，但是很少有人提及光刻机主要分为“前道、后道和面板”等三类，被卡脖子的，是前道光刻机，上海微电子此次发布的是封测光刻机。

如果把芯片制造比作食品生产，前道就是“食品”本身，后道是包装袋，面板制造属于平时想不起来，但是缺少就会直接痛击消费者味蕾的“调味品”，为数码生活调味，因为面板对于C端用户而言，是其最“触手可及”的。

因为没了驱动芯片，不管是前道、还是后道芯片，都很难让C端用户，对芯片性能有一个直观体验。不过无论包装和调味品对食品多么重要，如果没有“食品”本身，其价值都是“0”。

所以想要完全体现后道、面板芯片的价值，就要先拥有性能优良的前道芯片。在前道光刻机制造中，其实光刻机并不是按照“NM”数分类的，而是以光源波长来划分为，采用436nm光源的“g-line光刻机”；365nm光源的“i-line光刻机”；248nm光源的“KrF光刻机”；193nm深紫外光源的“DUV光刻机”；以及采用13.5nm极紫外光源的“EUV光刻机”，这也是目前被卡脖子的主要产品。

目前上海微电子前道产品工艺，已经触及ArF工艺，对应的光刻胶，国内目前已经有上海新阳、彤程新材、南大光电、晶瑞股份等公司进行研发、生产，其中南大光电旗下ArF光刻胶，已经在2020年底成功通过客户验证，是国内第一只通过产品验证的国产光刻胶。

而ArF光刻胶对于前道生产而言，是不可缺少的一项。虽然南大光电ArF光刻胶已经通过了客户验证，但是借用全球TOP3的芯片制造商，国产芯片制造龙头，中芯国际光刻胶负责人杨晓松的一句话：目前没有一家国产光刻胶企业敢见他。

中芯国际目前是以28nm、14nm制程芯片为主要营收支柱，制程大于28nm的中低端芯片，只是中芯国际营收中很少的一部分。换言之，国产光刻胶尚不足以应对28nm制程和更先进的芯片，甚至不符合中芯国际对中低端芯片的制造要求。

这话或者已经间接表明，国内芯片前道生产目前面临的困难，不仅没有对应的光刻机，还缺少可以实现国产替代的光刻胶。不过好消息是，泰晶科技目前已经在全自动晶圆调频及测选机近日又取得新突破。

该设备主要用于光刻晶片的频率自动调整，这一设备的研制成功，不仅填补了行业空白，而且保证了关键性技术的保密性，逐步为光刻机国产替代奠定基础。

虽然在芯片前道制造中，DUV\EUV光刻机可谓是一步一个坎儿，但在前道工艺设备中同样处于重要地位的蚀刻机设备，已经为光刻机发展蹚出一条“血路”。

蚀刻机在封锁中成为单项第一

在前道晶圆制造中，所用到的专用设备主要包括氧化/扩散设备、光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、化学机械抛光设备。其中刻蚀和光刻、薄膜沉积，并称为半导体制造三大核心工艺。

“光刻”是指在涂满光刻胶的晶圆（或者叫硅片）上盖上事先做好的光刻板，然后用紫外线隔着光刻板对晶圆进行一定时间的照射。原理就是利用紫外线使部分光刻胶变质，易于腐蚀。

“刻蚀”是光刻后，用腐蚀液将变质的那部分光刻胶腐蚀掉（正胶），晶圆表面就显出半导体器件及其连接的图形。然后用另一种腐蚀液对晶圆腐蚀，形成半导体器件及其电路。

至2015年，中微公司不断精进产品工艺，蚀刻机工艺，一直与世界先进水平保持同步，并且凭借良好的营销策略，逼着美国取消蚀刻机销售限制，因为当时以美国技术主导的蚀刻机产品，市场份额已经受到明显吞噬。

三年后的2018年，根据IHS Market统计，中微公司更是一举打破维易科和爱思强，在MOCVD设备的垄断地位，占全球新增氮化镓基LED-MOCVD市场份额的41%，下半年全球占比更是超过60%，单一产品占有量全球第一。

时间来到2021年，中微公司蚀刻机制程提升至5nm，并成功研制3nm蚀刻机，2022年1 月22日，中微公司披露2021年业绩预告，预计营收同比增加36.73%，达到31.08亿元，新签订单41.3亿元，同比增加90.5%，约增加19.6亿元。体现在利润上，中微公司归母净利润约为9.5亿元至10.3亿元，同比增幅约为93.01%至109.26%。

除中微公司外，北方华创也是国内主要蚀刻机生产厂家。但根据亚化咨询统计数据，截至2020年12月16日，长江存储累计招标348台刻蚀设备，其中美国厂商Lam Research中标187台，占总采购数量的比例为54%。

国内厂商中微公司、北方华创、屹唐股份分别中标50台、18台、13台，国产化率达到23.85%；华虹六厂累计招标81台刻蚀设备，其中LamResearch中标45台，占总采购数量的比例为56%，中微公司中标15台，为华虹六厂刻蚀设备第二大设备供应商，占总采购数量的比例为19%。

从全局来看，蚀刻机国产替代率依旧有巨大提升空间，芯片设备国产替代之路依旧任重道远。

对于芯片生产厂商而言，设备更换具有特定的周期性，除了常见的设备磨损导致设备更换外，还有一个重要原因就是技术迭代。而且随着芯片制程不断升级，蚀刻设备的重要性正逐步提升。

更关键的是，以中微公司为例，公司旗下蚀刻机早已可以应用于第三代半导体，第三代半导体头部厂商三安光电就是其客户，中微公司MOCVD设备可以加工第三代半导体材料氮化镓。

根据 SEMI 数据，5nm 制程芯片所需使用的刻蚀次数高达 160 次，较 14nm 提升 150%，直接增加了刻蚀工艺的资本支出，刻蚀设备在晶圆厂产线中的价值占比正在不断提升。

根据Gartner数据显示，2015年至2017年，等离子刻蚀设备市场规模复合增速为17%，超过其他前道设备市场增速。目前，存储器件正从2D向3D结构转变，逻辑器件向3nm等技术节点发展，这些工艺的变化使得等离子体刻蚀设备成为更关键的设备，其市场增速超过光刻机和其他前道设备。

3DNAND层数的增加要求刻蚀技术实现更高的深宽比。集成电路2D存储器件的线宽已接近物理极限，NAND闪存已进入3D时代。3D NAND制造工艺中，增加集成度的主要方法不再是缩小单层上线宽而是增加堆叠的层数。

刻蚀要在氧化硅和氮化硅一对的叠层结构上，加工40：1到60：1的极深孔或极深的沟槽。根据东京电子的统计，3DNAND中刻蚀设备的支出占比达到50%，远高于此前工艺NAND的15%。

问题天生就是用来解决的

通过梳理，我们不难发现，国产光刻机目前遇到的困难，国产蚀刻机都曾遇到过，而且国产蚀刻机起步甚至还比光刻机晚两年，一样可以在短期内取得突破性进展，并可以实现技术领先。

不可否认，光刻机的制造存在客观困难，但如今已经实现了从“0”到“1”的突破，目前要解决的问题，是在“1”后面加几个“0”的问题，既然存在问题，对应着就会存在解决问题的方法，只是需要人才、资金、宏观政策扶持。

如今在光刻机领域，上述三个条件已经完全具备，剩下的，只能等时间给我们答案。毕竟，中科院也曾在1960年就成立了半导体研究所，北大物理系半导体研究小组，甚至比韩国/中国台湾提前四五年，成功研制三种类型的（硅栅NMOS、硅栅PMOS、铝栅NMOS）1KDRAM动态随机存储器。

今天的国产半导体，难道还能“更差吗”？