國產光刻機的研發進程，似乎越發“撲朔迷離”。中國的IC前道用先進光刻機研發之路，究竟走得怎么樣了？傳言中的ArF光刻機背后，又有哪些玩家的身影？我們挖掘國產193nm ArF浸沒式DUV光刻機背后的研發故事，發現除了國產光刻機龍頭上海微電子，其他5家“低調”的企業亦承擔了重要角色。

今年以來，中美貿易摩擦加劇、全球范圍內疫情肆虐等種種因素，為國內半導體產業鏈開啟了“hard”模式。其中，光刻機被“卡脖子”的問題，既是國產半導體產業的遠慮，更是近憂。

芯東西了解到，面向這一難題，包括上海微電子在內的上述六家國產光刻機產業鏈玩家，正致力于攻關先進光刻機各個部件的技術壁壘。

今天，我們挖掘這六家企業身上的故事，盤點國產光刻產業鏈的“星星之火”。

一、光刻：十三年磨一劍背后的中國芯片業隱痛

半導體產業鏈可分為芯片設計、制造、封測三大環節，在芯片制造幾百道工序之中，光刻是最重要的步驟之一，直接定義了晶體管的尺寸。

光刻機是中國芯片業發展的一道短板，這已經不是新聞。盡管如此，提起中國可量產的光刻機已被卡在90nm制程4年，這個時間跨度仍令人心驚。

2007年，中國光刻機龍頭企業上海微電子宣布突破365nm光波長的DUV光刻技術，該技術可用于90nm芯片制程的生產。2016年，上海微電子SSX600系列的三款步進掃描投影光刻機實現量產，其中SSA600/20光刻機分辨率達到90nm。從2007國產光刻技術突破90nm分辨率至今，國產玩家十三年磨一劍。其間， 盡管國產光刻機玩家不斷探索，但始終未實現更先進光刻機的量產。

然而，90nm制程的芯片一般用于電源管理芯片、MCU等非核心芯片的生產，并不能滿足手機處理器等產品的需求。

目前，大陸晶圓代工龍頭中芯國際14nm晶圓代工產線上，使用的是荷蘭光刻機廠商ASML的設備。

直到今年，中國光刻機研發工作似乎出現進展。今年早些時候曾傳出消息，稱上海微電子已經研發出可用于22nm芯片生產的光刻機，但并未透露相關光刻機型號，芯東西也未找到確鑿的信源。

相比之下，上海微電子突破28nm芯片制程用光刻機技術壁壘的消息更為可信。

據方正證券今年發布的一份研報，在02專項光刻機項目二期中，設定于2020年12月驗收193nm ArF浸沒式DUV光刻機，這款光刻機直接對標國際光刻龍頭ASML現階段最強DUV光刻機TWINSCAN NXT：2000i。

相比90nm制程芯片，28nm制程的芯片能制造出性能更為優越的芯片產品。盡管短時間內可能無法實現193nm ArF浸沒式DUV光刻機的量產，但這一技術突破的戰略意義毋庸置疑。

要知道，理論上來說，193nm光波長ArF浸沒式DUV光刻機可用于7nm制程芯片的生產。目前，全球擁有193nm光波長ArF浸沒式DUV光刻機生產量產能力的玩家中，數得上名字的也僅有占據80%全球光刻份額的ASML，以及分食剩余市份的尼康和佳能。

跨越13年研發，這臺可用于28nm制程芯片生產的光刻機，可以說被中國芯片業期盼已久。

二、上海微電子：深紫外線光刻機水平有望追平ASML

從技術層面來講，光刻是指利用光學–化學反應原理，將電路圖轉移到晶圓表面的工藝技術，而光刻機則是光刻工序中的一種投影曝光系統。

光刻機可分為無掩模光刻機和有掩模光刻機，前者技術壁壘相對較低，一般用于高分辨率掩模版、集成電路原型驗證芯片等特定芯片的小批量制造。而卡住國產半導體產業鏈“脖子”的，則是技術壁壘較高的有掩模光刻機，有掩模光刻機目前多用于先進制程的前道工藝中。

從分類來看，無掩模光刻機又可分為電子束直寫光刻機、離子束直寫光刻機、激光直寫光刻機；有掩模光刻機分為接觸/接近式光刻機和投影式光刻機。

此外，有掩模光刻機又可按照光刻光源的代際進行劃分，上海微電子正在研發的193nm光波長ArF浸沒式光刻機屬于第四代光刻機，可用于45～22nm制程芯片的生產。

目前，上海微電子是中國國內唯一能制造IC前道工藝用光刻機的企業，在其已量產的光刻機產品中，最為先進的是SSA600/200產品，能夠用于90nm制程芯片的生產。

深紫外線光刻機作為有掩模光刻機歷史上的第四代光源，193nm光波長ArF（準分子激光器）已經是世界領先水平。也就是說，如果上海微電子成功設計、集成出193nm光波長ArF浸沒式光刻機。就意味著在深紫外線光刻領域，中國技術水平已經趕上全球光刻機龍頭ASML。

三、上海微電子背后的國家隊“五強”

光刻機主要可分為照明系統、Stage系統（工作臺系統）、鏡頭組、搬送系統、Alignment系統（對準標記系統）這五大組成部分。

作為高度復雜的半導體領域關鍵設備，光刻機對集成度的要求極高。有數據顯示，組裝一臺光刻機需要上萬個零部件。

由于光刻機各個組件的高度復雜，全球光刻機龍頭ASML即在成立早期，采取“Out House”的運營模式，僅負責光刻機整機的設計和子系統的需求定義，將各個子系統委托第三方廠商進行研發生產。

直至今天，ASML仍保留有部分“Out House”模式的傳統，比如，其使用的光刻機核心組件，由蔡司、Cymer等多家廠商供應。

與ASML相同，上海微電子的193nm光波長ArF浸沒式光刻機研發之路上，亦有國產產業鏈玩家的支持。

為盡快完成對193nm光波長ArF DUV光刻機的攻關，中國推出“極大規模集成電路制造技術及成套工藝”項目（又稱“02專項計劃”），其中專門針對光刻產業進行規劃。

根據“02專項計劃”，我國光刻機研發工作亦采用類似“Out House”的研發模式，上海微電子負責整機的設計與集成，另有五家企業各自負責對光刻機不同核心零部件的研發。

值得一提的是，這五家承擔核心零部件研發企業，均與中國頂尖高校聯系緊密，代表著中國最頂尖的半導體研發實力。

這五家企業分別是：

1、北京科益虹源

北京科益虹源光電技術有限公司成立于2016年7月，主營光刻機光源系統，擁有準分子激光技術研究、產品開發的能力。

在企業工商平臺可以看到，北京科益虹源第一大客戶為持股37.5%的中國科學院微電子研究所。

2、北京國望光學

北京國望光學科技有限公司成立于2018年，經營范圍包含光刻機曝光光學系統、高端鏡頭、光電儀器與裝備、光學加工與檢測設備等。

目前，北京亦莊國際投資發展有限公司持股國望光學約66.67%，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所持股國望光學約14.67%。

3、長春國科精密

長春國科精密光學技術有限公司成立于2014年，總部位于吉林省長春市，在上海設有投影光刻照明系統研發事業部。

目前，長春國科精密由長春凈月創業投資有限公司100%持股。值得一提的是，長春國科精密與北京國望光學的法定代表人，均為長春光機所所長助理孫守紅。

長春光機所是中科院最大的研究所，先后孕育出了西安光機所、上海光機所、成都光機所等科研機構。

據長春國科精密官網，目前，長春國科精密作為“國家科技重大專項02專項”支持的唯一高端光學技術研發單位，正在承擔NA0.82、NA1.35等多種類型高端IC制造投影光刻機曝光光學系統的技術研發及產業化推進工作。

4、北京華卓精科

華卓精科成立于2012年，主營業務為集成電路制造裝備及關鍵零部件的研發和產業化。目前產品包括光刻機雙工件臺及其衍生產品超精密運動平臺、激光退火設備、晶圓鍵合設備等。

今年六月份，華卓精科的科創板IPO申請獲得上交所受理，但這一IPO流程已于9月30日被中止。根據上交所官網，中止原因是華卓精科發行上市申請文件中記載的財務資料已過有效期，需要補充提交。

在華卓精科遞交的招股書中可以看到，其光刻機雙工件臺產品的重要客戶，正是上海微電子。

5、浙江啟爾機電

浙江啟爾機電技術有限公司成立于2013年，主要研發、生產和銷售高端半導體裝備超潔凈流控系統及其關鍵零部件。啟爾機電前身是浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室啟爾團隊。

四、無掩模光刻機已實現“從0到1”

相比有掩模光刻機，中國在無掩模光刻機方面走得更遠。盡管激光直寫光刻技術難以達到納米級別的光刻精度，但在面板（FPD）領域有較多應用。

商務部數據顯示，2013年至今，國內面板市場發展迅速，2013～2020 年復合增長率達 36.48%。從全球市場占比來看，2013年至今，中國面板產能持續增長，在全球市場占比已達到近50%。

目前，除了大陸光刻機龍頭上海微電子外，合肥芯碩半導體、無錫影速半導體、東方晶源微電子等玩家已經在無掩模光刻機市場取得技術突破。

其中，合肥芯碩半導體是國內首家半導體直寫光刻設備制造商，研發的ATD4000型號產品已經實現最高200nm的量產。

無錫影速半導體是由中科院微電子所聯合業內技術團隊、產業基金發起成立的專業微電子裝備企業，目前已成功研發國際首臺雙臺面高速激光直接成像連線設備（LDI），實現了最高200nm的量產。

東方晶源微電子的產品主要用于20nm以下極大規模半導體片制子束圖像檢測設備和合優化開發及生產，可為關鍵工序提供高速、高精度的檢測系統。

結語：中國光刻技術攻關的關鍵時刻

不論是瓦森納協定還是近期的中美貿易摩擦，在國產芯片產業鏈面臨的困境中，光刻技術無疑是直接卡“脖子”的一環。

要解決這一問題，技術攻關當然必不可少的。目前，國產的深紫外線光刻機正處于研發的關鍵進程之中。在這背后，包括上海微電子在內的多位國產玩家正在攻關。

另外，借力國外成熟產品或可幫助芯片制造商實現突破。2018年，我國芯片公司中芯國際花費約1.2億美元，向阿斯麥訂購了一臺EUV光刻機。由于種種原因，目前，這臺光刻機還未成功交付。我們期待它能夠盡快落地中國，助力中國芯片事業再上一個臺階。

在嚴峻的外部貿易環境下，攻關光刻技術對國產芯片產業鏈來說意義非凡，期待相關技術攻關能夠實現突破。

責任編輯：PSY