我國(guó)的光刻機(jī)5納米生產(chǎn)技術(shù)要多久才能突破？

隨著科技不斷的發(fā)展，全球競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)不僅僅在于軍事和經(jīng)濟(jì)，更多的戰(zhàn)火波及到了科技領(lǐng)域，尤其是在美國(guó)對(duì)華為制裁的事件不斷升級(jí)的情況下，芯片的關(guān)注度也越來(lái)越高。最近有很多自媒體人為了追求流量都在傳播“5nm光刻技術(shù)獲得重大突破”的傳聞，但是事實(shí)是什么呢？我們一起來(lái)看一下吧。

我國(guó)科技企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)彎道超車，但是芯片仍是短板

在國(guó)家和各行各業(yè)的重視下，我國(guó)在科技方面尤其在互聯(lián)網(wǎng)和通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了完美的彎道超車，但是芯片產(chǎn)業(yè)卻擺脫不了需要大量進(jìn)口的處境。

近年來(lái)，我國(guó)集成電路發(fā)展非常迅速，人工智能、智能制造、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)、5G等為代表的新興產(chǎn)業(yè)快速崛起，集成電路是我國(guó)信息技術(shù)發(fā)展的核心，但是根據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道稱，2019年中國(guó)集成電路進(jìn)口數(shù)量為4451.34億個(gè)，同比增長(zhǎng)6.6%；2018年中國(guó)集成電路進(jìn)口數(shù)量為4175.67億個(gè)，同比增長(zhǎng)10.8%。在進(jìn)口金額方面，2019年中國(guó)集成電路進(jìn)口金額為3055.5億美元，同比下降2.1%。

在華為事件出現(xiàn)之后，越來(lái)越多的企業(yè)和國(guó)人意識(shí)到，自研芯片的重要性，芯片實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化也迫在眉睫，因此我們現(xiàn)在迫切需要有自主制造芯片的能力。

我國(guó)芯片設(shè)計(jì)已經(jīng)能自主，但是生產(chǎn)制造仍是短板

根據(jù)很多媒體的報(bào)道，我們可以看到華為海思、紫光展銳等科技企業(yè)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)芯片架構(gòu)的自主設(shè)計(jì)，但是對(duì)于芯片制造領(lǐng)域，我國(guó)暫時(shí)沒(méi)有企業(yè)可以代替臺(tái)積電的地位。盡管中芯國(guó)際已經(jīng)可以生產(chǎn)14nm制程工藝，但是這無(wú)法和臺(tái)積電相媲美。因此，如過(guò)想徹底擺脫國(guó)外的威脅，這條路仍舊是任重道遠(yuǎn)。

那么我國(guó)什么時(shí)候才可以突破5nm技術(shù)呢

根據(jù)媒體在近日的報(bào)道，中國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)中科院蘇州研究所已經(jīng)研發(fā)成功了新型5nm高精度的激光光刻技術(shù)，標(biāo)志著我國(guó)的5nm光刻技術(shù)取得了重大進(jìn)展。根據(jù)相關(guān)報(bào)道稱，這項(xiàng)技術(shù)和ASML的EUV極紫外光刻完全不同。

很多自媒體人報(bào)道稱，中國(guó)5nm技術(shù)突破，比肩ASML指日可待！我不太認(rèn)同這點(diǎn)，要知道技術(shù)從理論到實(shí)際商業(yè)生產(chǎn)制造，短則需要幾年，多的就遙遙無(wú)期了。

結(jié)語(yǔ)

雖然我國(guó)短時(shí)間無(wú)法到達(dá)國(guó)際頂尖水平，但是相信在華為等科技企業(yè)共同努力下，會(huì)大大縮短這個(gè)時(shí)間！

月初一條“中科院5nm激光光刻技術(shù)突破”的新聞火了，在很多無(wú)良自媒體的口中這則新聞完全變了味，給人的感覺(jué)像是中國(guó)不久將會(huì)擁有自己的5nm光刻機(jī)，其實(shí)真實(shí)情況完全不是一回事。下面我們就來(lái)談?wù)勥@則新聞?wù)鎸?shí)的內(nèi)容到底是什么，以及中國(guó)光刻機(jī)5nm生產(chǎn)技術(shù)還要多久才能取得突破。

中科院5nm的光刻技術(shù)和光刻機(jī)關(guān)系不大

其實(shí)“中科院5nm激光光刻技術(shù)突破”的新聞來(lái)源是在中科院網(wǎng)站上的一篇論文，文章的主要內(nèi)容其實(shí)是講微納加工領(lǐng)域里的一個(gè)進(jìn)展，中心思想是超高精度的無(wú)掩模的激光直接刻寫。

由于文章中采用了一個(gè)叫“l(fā)ighography”的詞，這個(gè)直接翻譯過(guò)來(lái)就是光刻的意思。再加上5nm這個(gè)數(shù)值，很容易讓人聯(lián)想到的是中科院在5nm的光刻機(jī)上取得突破。由于一些自媒體翻譯錯(cuò)誤以及想要煽動(dòng)公眾情緒獲取大量的流量，于是這個(gè)錯(cuò)誤的新聞就得到了大量的傳播轉(zhuǎn)發(fā)，進(jìn)而誤導(dǎo)了不少關(guān)心中國(guó)光刻機(jī)發(fā)展的朋友。

論文和完全商用是兩碼事

其實(shí)就算論文講的真是在光刻機(jī)領(lǐng)域取得的突破，但是想要完全商用并不容易。

前段時(shí)間“碳基芯片”這個(gè)概念也上了一陣子熱搜，碳基芯片具有成本更低、功耗更小、效率更高等優(yōu)點(diǎn)，并且在未來(lái)可能用于我們的手機(jī)或者電腦的芯片方面。為什么熱度沒(méi)有能夠持續(xù)下去？最主要的原因還是因?yàn)樗�的商用遙遙無(wú)期。

碳基芯片現(xiàn)在還是停留在實(shí)驗(yàn)室階段，想要完全商用最起碼要二十年以上，這就注定了它和現(xiàn)在主流的硅基芯片沒(méi)有任何的競(jìng)爭(zhēng)力。同理就算中科院的論文講的是5nm光刻機(jī)技術(shù)，想要完全實(shí)現(xiàn)商用不知道還要多久。

中國(guó)和荷蘭ASML的差距最起碼也在十年以上

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)最好的光刻機(jī)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該是上海微電子，目前生產(chǎn)的最好光刻機(jī)也只是90nm的制程。盡管有傳言說(shuō)上海微電子明年將會(huì)推出28nm的全新光刻機(jī)，但是和ASML的EUV光刻機(jī)精度依舊相差甚遠(yuǎn)。

中國(guó)想要生產(chǎn)5nm的光刻機(jī)有一個(gè)最大的難點(diǎn)，就是自主研發(fā)。這不光意味著我們需要跨越從28nm到5nm這個(gè)巨大的障礙，并且在突破的過(guò)程中最好不要使用其他國(guó)家的專利，只能發(fā)展出一條屬于自己的光刻機(jī)道路。需要達(dá)成這么多的條件，研發(fā)的難度可想而知。

總的來(lái)說(shuō)短時(shí)間內(nèi)我國(guó)的光刻機(jī)技術(shù)取得重大突破的概率為0，還是要被人牽著鼻子走。落后就要被挨打卡脖子在任何時(shí)候都是真理，只希望我們國(guó)家的科研人員能夠迎頭趕上，盡快取得突破吧。

光刻機(jī)是光刻工藝的核心設(shè)備，價(jià)值含量大、技術(shù)要求高，涉及精密光學(xué)、精密運(yùn)動(dòng)、高精度環(huán)境控制等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。在所有晶圓制造設(shè)備中，光刻機(jī)設(shè)備投資占比最多達(dá)到30%，其次是刻蝕設(shè)備(20%)，PVD(15%)，CVD(10%)，測(cè)量設(shè)備(10%)，離子注入設(shè)備(5%)等。事實(shí)上我國(guó)中微半導(dǎo)體的刻蝕設(shè)備已經(jīng)到了5nm級(jí)別，并已導(dǎo)入臺(tái)積電的生產(chǎn)線。

• 五年內(nèi)必能突破5nm光刻機(jī)

光刻機(jī)已成為國(guó)家最緊迫的卡脖子設(shè)備，一旦國(guó)家不計(jì)成本的投入，加之國(guó)內(nèi)代工企業(yè)的成長(zhǎng)，5年內(nèi)我們必能擁有可用的5納米光刻機(jī)。以前中國(guó)沒(méi)有龍頭企業(yè)進(jìn)行大規(guī)模的投資，光刻機(jī)即便生產(chǎn)出來(lái)，國(guó)內(nèi)也沒(méi)有芯片代工企業(yè)購(gòu)買，沒(méi)有市場(chǎng)便沒(méi)法進(jìn)行技術(shù)迭代，如此惡性循環(huán)，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)進(jìn)展緩慢。

• 我國(guó)并非零基礎(chǔ)

即便長(zhǎng)期處于無(wú)資金，無(wú)市場(chǎng)狀態(tài)。國(guó)內(nèi)還是有上海微電子、合肥芯碩、無(wú)錫影速等幾家光刻機(jī)研發(fā)企業(yè)逐漸成長(zhǎng)起來(lái)。 雖然與國(guó)外技術(shù)相比落后5-6代左右，但畢竟不是從零開始。在公司已量產(chǎn)的光刻機(jī)中，技術(shù)最先進(jìn)的是上海微電子的SSA600/20光刻機(jī)，可以用來(lái)加工90nm制程的芯片。

今年6月，上海微電子光刻機(jī)設(shè)備制造商公布，預(yù)計(jì)2021-2022年交付第一臺(tái)28nm工藝的國(guó)產(chǎn)沉浸式光刻機(jī)。配合中芯國(guó)際對(duì)晶圓代工、封測(cè)技術(shù)的積淀，足以可見(jiàn)中國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)的飛躍式發(fā)展。

光刻機(jī)是多個(gè)系統(tǒng)的集合，其中光源曝光系統(tǒng)、工作臺(tái)系統(tǒng)、投影物鏡系統(tǒng)是光刻機(jī)最核心的組成部分，這也是國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)與阿斯麥光刻機(jī)的主要差距。華卓精科更是打破ASML的壟斷，完成了光刻機(jī)工作臺(tái)系統(tǒng)從0到1的突破。當(dāng)前，華卓精科在光刻機(jī)雙工作臺(tái)領(lǐng)域，是我國(guó)第一家能自主研發(fā)并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的供應(yīng)商。

光刻機(jī)雖復(fù)雜，但光刻機(jī)的各個(gè)子系統(tǒng)我們都能找到相應(yīng)供應(yīng)商，即便不是最先進(jìn)，我們可以找準(zhǔn)短板，不計(jì)成本的投入，短板的高度就是國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的高度。

遠(yuǎn)著呢！先說(shuō)一下，如今的5納米，7納米，10納米指的是芯片的制程工藝，而不是光刻機(jī)的。光刻機(jī)并沒(méi)有制程工藝一說(shuō)，只有制造芯片的制程范圍。5納米制程工藝屬于EUV光刻機(jī)的加工范疇了，但是用DUV光刻機(jī)也可以加工出來(lái)，只不過(guò)太耗時(shí)，耗力了。

要知道國(guó)內(nèi)可以生產(chǎn)28納米制程工藝的DUV光刻機(jī)還沒(méi)有交付，就更別說(shuō)可以生產(chǎn)5納米制程的EUV光刻機(jī)了。在高端光刻機(jī)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)與國(guó)際還有不小的差距。臺(tái)積電是在2011年首先完成28納米制程工藝的，國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的中芯國(guó)際是在2015年完成28納米工藝制程的。世界上首臺(tái)浸沒(méi)式DUV光刻機(jī)是在2004年制造出來(lái)的，而國(guó)內(nèi)也只有到2021年左右才可以制造出浸沒(méi)式DUV光刻機(jī)，這前后相差了16年。另外呢，ASML的EUV光刻機(jī)是在2015年被制造出來(lái)的，這差距一下子就被拉大了。

再來(lái)看看前段時(shí)間出現(xiàn)的5納米光刻技術(shù)，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這是用激光直接在底板上刻畫，不用掩膜，不用抽真空。但是速度太慢了，遠(yuǎn)沒(méi)有光刻機(jī)制造芯片的速度快。激光光刻技術(shù)可以在一小時(shí)內(nèi)加工50000個(gè)納米狹縫電極。而光刻機(jī)加工的可不止這點(diǎn)啊，ASML的光刻機(jī)可以再去1小時(shí)內(nèi)加工出來(lái)120片12英寸的晶圓。

一般來(lái)說(shuō)，12寸的晶圓可以制造500個(gè)左右的芯片，那么可以大概算一下，ASML的光刻機(jī)一個(gè)小時(shí)可以生產(chǎn)出6萬(wàn)個(gè)芯片，而一個(gè)芯片中的晶體管高達(dá)上百億個(gè)。由此可知，光刻機(jī)的加工制造能力可不是激光直寫技術(shù)可以比的。所以說(shuō)，激光直寫的5納米光刻技術(shù)，離實(shí)用化，商業(yè)化還比較遠(yuǎn)的。最起碼現(xiàn)在的芯片制造，缺乏光刻機(jī)還是不行的。國(guó)內(nèi)光刻機(jī)技術(shù)還有很長(zhǎng)的一段路才能追上國(guó)際先進(jìn)水平，至于具體的時(shí)間，這個(gè)還是比較難說(shuō)的。關(guān)鍵是EUV光刻機(jī)的制造需要國(guó)內(nèi)各種精加工的突破。

目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)EUV光刻機(jī)的發(fā)展也不慢。由哈工大負(fù)責(zé)研發(fā)的DPP光源的功率接近了125W，而樣機(jī)在2016年就被制造了出來(lái)，其他的雙工件臺(tái)，鏡頭組也有研發(fā)單位，且進(jìn)度也不慢。所以說(shuō)，國(guó)內(nèi)EUV光刻機(jī)也再穩(wěn)步的研發(fā)之中，還是慢慢等待吧。

很高興可以回答這個(gè)問(wèn)題，接下來(lái)我簡(jiǎn)單分享下自己的理解和想法，希望可以幫助到大家。

國(guó)內(nèi)芯片制造技術(shù)距離5nm制程工藝還有很長(zhǎng)的時(shí)間要走，最快也需要3-5年的時(shí)間，目前國(guó)內(nèi)最優(yōu)秀的芯片制造企業(yè)中芯國(guó)際，能夠批量化代工生產(chǎn)的制程工藝也就只是14nm，距離5nm至少還差三代。

國(guó)內(nèi)芯片制造技術(shù)現(xiàn)狀

中芯國(guó)際目前是國(guó)內(nèi)掌握最先進(jìn)制程工藝的企業(yè)，14nm制程工藝已經(jīng)非常成熟，可以大規(guī)模批量化生產(chǎn)。目前中芯國(guó)際正在向更先進(jìn)的制程工藝邁進(jìn)，提出了N+1、N+2工藝。N+1工藝相比于14nm性能提升20％、功耗降低57％、邏輯面積縮小63％，SoC面積縮小55％，之后的N+2工藝在各方面的表現(xiàn)會(huì)比N+1更好。

據(jù)相關(guān)人士透露，中芯國(guó)際的N+1工藝和臺(tái)積電第一代7nm工藝（未采用EUV光刻機(jī)）相差無(wú)幾，只不過(guò)在性能的提升上稍有欠缺，N+2工藝和臺(tái)積電7nm+基本持平。此外中芯國(guó)際的N+1工藝預(yù)計(jì)在今年的第四季度批量化生產(chǎn)，這樣一來(lái)我國(guó)距離5nm制程工藝又近了一步。

光刻機(jī)的困境

目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的光刻機(jī)制造公司上海微電子也僅僅只能生產(chǎn)出90nm的光刻機(jī)，雖然有媒體稱，上海微電子已經(jīng)成功突破光刻機(jī)瓶頸，從90nm跨越到了28nm，2021年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但這相較于荷蘭ASML公司的5nm的光刻機(jī)還是存在著很大差距。而中芯國(guó)際從荷蘭ASML購(gòu)買的光刻機(jī)，由于他國(guó)干預(yù)導(dǎo)致已經(jīng)拖延兩年的時(shí)間了，還是遲遲不給交付。

雖然中芯國(guó)際的N+1、N+2工藝無(wú)需EUV光刻機(jī)就能生產(chǎn)，但是后面的5nm、3nm是必須要有EUV光刻機(jī)的。如果中芯國(guó)際無(wú)法從荷蘭ASML購(gòu)買到EUV光刻機(jī)，那5nm制程工藝的實(shí)現(xiàn)就要難于登天了，3nm制程工藝就更不用想了。

綜上所述，國(guó)內(nèi)5nm制程工藝的突破，不僅自身的技術(shù)方案能夠支持，更重要的是EUV光刻機(jī)這個(gè)重要的生產(chǎn)工具，兩者缺一不可。

以上是我個(gè)人的理解和看法，如有不足之處，還請(qǐng)大家多多指教，喜歡的可以點(diǎn)贊關(guān)注下，謝謝！

技術(shù)上已經(jīng)突破了。

技術(shù)突破離量產(chǎn)還有很長(zhǎng)時(shí)間。

我們要有耐心。

中國(guó)光刻機(jī)技術(shù)加油！

中國(guó)科技加油！

30年左右