中國(guó)芯片所需的不只是光刻機(jī)，哪怕?lián)碛辛薊UV，也無(wú)法造先進(jìn)芯片

前沿導(dǎo)讀

從最初的EUV光刻機(jī)，到后來(lái)的浸潤(rùn)式光刻機(jī)，幾乎已經(jīng)被美國(guó)全面封鎖，ASML無(wú)法向中國(guó)本土企業(yè)交付相關(guān)的制造設(shè)備，先進(jìn)光刻機(jī)成為了制約中國(guó)芯片發(fā)展的最大瓶頸。

從整體的制造產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，光刻機(jī)只是產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)環(huán)節(jié)，想要實(shí)現(xiàn)完整的芯片制造還需要其他復(fù)雜的上下游供應(yīng)鏈體系。芯片制造大致分為上游產(chǎn)業(yè)、中游產(chǎn)業(yè)和下游產(chǎn)業(yè)，每一個(gè)產(chǎn)業(yè)又會(huì)衍生出許多細(xì)分領(lǐng)域。擁有了先進(jìn)光刻機(jī)，只是擁有了制造先進(jìn)芯片的資格，距離完成量產(chǎn)商用還有一些需要解決的問(wèn)題。

細(xì)分產(chǎn)業(yè)鏈

在談?wù)摴饪虣C(jī)之前，首先需要進(jìn)入到芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

設(shè)計(jì)芯片就需要有相關(guān)的設(shè)計(jì)稿件以及軟件自動(dòng)化工具，最開(kāi)始的芯片產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且內(nèi)部的晶體管數(shù)量有限，可以通過(guò)手繪的方式完成芯片的電路布局。

但是隨著芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入到超大規(guī)模時(shí)代，其內(nèi)部集成了CPU、GPU、NPU甚至是基帶model，并且內(nèi)部的晶體管也增加到百億數(shù)量級(jí)，這個(gè)時(shí)候已經(jīng)無(wú)法通過(guò)手繪的方式完成工作，就需要采用特定的軟件工具進(jìn)行電子化設(shè)計(jì)。

芯片整體的設(shè)計(jì)布局圖，就是芯片的IP。而設(shè)計(jì)芯片的自動(dòng)化軟件，就是EDA工具。

據(jù)《21經(jīng)濟(jì)網(wǎng)》新聞指出，EDA工具的技術(shù)水平，決定了芯片的設(shè)計(jì)效率以及先進(jìn)程度。

全球先進(jìn)的EDA市場(chǎng)已經(jīng)形成了三巨頭的局面，分別是美國(guó)新思科技（Synopsys）、美國(guó)楷登電子（Cadence）、德國(guó)西門(mén)子（Siemens）。這三家占據(jù)了全球EDA市場(chǎng)74%的份額，在先進(jìn)芯片的設(shè)計(jì)領(lǐng)域更是壟斷級(jí)別的存在。

三家企業(yè)通過(guò)與供應(yīng)鏈進(jìn)行“捆綁銷售”、“簽署長(zhǎng)期服務(wù)協(xié)議”等方法，不斷鞏固其市場(chǎng)占有率，對(duì)中國(guó)本土的EDA企業(yè)造成了極大壓力。

參考資料：
國(guó)產(chǎn)EDA突圍 國(guó)際巨頭技術(shù)壟斷已被撕開(kāi)缺口 - 21經(jīng)濟(jì)網(wǎng)

國(guó)產(chǎn)EDA企業(yè)，例如華大九天、廣立微、概倫電子等公司已經(jīng)開(kāi)始著手在先進(jìn)工藝領(lǐng)域進(jìn)行發(fā)展。國(guó)內(nèi)模擬芯片EDA的國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)30%，但是在先進(jìn)的數(shù)字芯片領(lǐng)域，其EDA的國(guó)產(chǎn)化率不足15%。

部分企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始逐步引入國(guó)產(chǎn)EDA工具，但是大多數(shù)企業(yè)出于對(duì)經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性的考量，還是以海外的EDA工具為主，國(guó)產(chǎn)EDA工具還需要長(zhǎng)時(shí)間的磨合才能達(dá)到一個(gè)較為成熟的階段。

IP和EDA工具之后，就到了制造芯片的材料階段。

芯片來(lái)源于硅制造的晶圓，而硅的原材料則是常見(jiàn)的沙子，但制造芯片所需的硅純度要達(dá)到99.999......。

將高純度的多晶硅融鑄成硅晶柱，然后再將其切割成薄片，就得到了制造芯片所需的大硅片。硅片一般分為4英寸、6英寸、8英寸、12英寸幾種，8英寸和12英寸是目前各企業(yè)擴(kuò)充產(chǎn)能的重點(diǎn)項(xiàng)目。

在硅片的基礎(chǔ)上可以得到襯底和外延，襯底相當(dāng)于后續(xù)器件的“地基”，外延相當(dāng)于對(duì)“地基”進(jìn)行裝修。外延需要通過(guò)氣相沉積、分子束外延等技術(shù)沉積出一層單晶薄膜，該薄膜的核心功能是提供精確的電學(xué)和器件特性。

在襯底和外延步驟中，還需要進(jìn)行拋光。一旦存在瑕疵，整個(gè)襯底幾乎是完全不能用的狀態(tài)。

完成以上步驟之后，就進(jìn)入到了使用光刻進(jìn)行圖案曝光的環(huán)節(jié)。

光刻機(jī)的原理和膠片相機(jī)的原理相似，通過(guò)光線穿透掩模板，對(duì)硅片上的光刻膠進(jìn)行曝光，曝光后的光刻膠會(huì)發(fā)生變化，將掩模板上的圖案印到晶圓上。反復(fù)如此，將不同掩模板上面的圖案印到晶圓上，就完成了內(nèi)部芯片的電路設(shè)計(jì)。

光刻之后就是刻蝕、沉積、清洗等步驟，將晶圓上面被光刻機(jī)曝光的圖案進(jìn)行細(xì)致化處理，實(shí)現(xiàn)更高效的電流控制。最后幾步就是將晶圓單獨(dú)切割單個(gè)芯片，然后封裝在保護(hù)殼中就得到了成品芯片。

產(chǎn)業(yè)問(wèn)題

整個(gè)制造流程很清晰，但是精確到每個(gè)步驟之后就存在多種技術(shù)問(wèn)題。

光刻機(jī)的難點(diǎn)就是需要極高的精度，芯片中的7nm、5nm工藝指的是晶體管中的電流溝道長(zhǎng)度，溝道的長(zhǎng)度越短，單位面積內(nèi)的晶體管就越多，同時(shí)對(duì)光刻機(jī)的精度要求就越高。

一枚病毒的大小大概在14nm左右，先進(jìn)芯片的晶體管尺寸要比病毒還要小。對(duì)于這種極其細(xì)微的制造技術(shù)，需要整個(gè)制造系統(tǒng)相互配合才能成功。

ASML所制造的EUV光刻機(jī)，其光源以及激光發(fā)射器是美國(guó)西盟公司聯(lián)合德國(guó)通快公司制造完成，而曝光系統(tǒng)則是德國(guó)蔡司為其獨(dú)家定制的工業(yè)組件，對(duì)準(zhǔn)晶圓臺(tái)則是ASML的看家技術(shù)。

EUV光刻機(jī)的尺寸相當(dāng)于一臺(tái)雙層巴士，每臺(tái)機(jī)器發(fā)貨需要四十個(gè)集裝箱、三架貨機(jī)或者二十輛卡車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸。

并且運(yùn)行光刻機(jī)的環(huán)境也有非常高的標(biāo)準(zhǔn)，潔凈程度比手術(shù)室還要高。哪怕是再小的灰塵或者異物，一旦落到晶圓上都會(huì)損壞芯片。

無(wú)塵室內(nèi)的空氣還要不斷過(guò)濾循環(huán)，員工需要穿著特殊的工作服操作設(shè)備。并且光刻機(jī)的工作環(huán)境必須要采用純凈的黃光，因?yàn)槠渌ㄩL(zhǎng)較長(zhǎng)的光會(huì)造成光刻膠變性，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常光刻。

ASML的EUV光刻機(jī)集合了全球5000家以上的供應(yīng)鏈企業(yè)制造完成，依靠全球資源制造產(chǎn)品，同時(shí)服務(wù)于全球客戶。

美國(guó)在EUV上對(duì)中國(guó)實(shí)施出口管制，還對(duì)國(guó)際企業(yè)施壓禁止其為中國(guó)團(tuán)隊(duì)提供技術(shù)支持。再加上《瓦森納協(xié)議》持續(xù)多年的技術(shù)管控，中國(guó)企業(yè)需要在沒(méi)有國(guó)際技術(shù)的支持下完成國(guó)產(chǎn)EUV的研發(fā)，這是一個(gè)沒(méi)法用語(yǔ)言形容的困難程度。

除EUV光刻機(jī)之外，還需要有配套的光刻膠材料。高端的光刻膠材料已經(jīng)被日本企業(yè)壟斷，而且光刻膠材料是有保質(zhì)期的，大約在半年左右，想通過(guò)大批量采購(gòu)來(lái)囤積材料的方案是不現(xiàn)實(shí)的。

國(guó)產(chǎn)光刻膠在低端的PCB市場(chǎng)上占比較高，i線、KrF、ArF領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)供應(yīng)，EUV領(lǐng)域正在進(jìn)行小規(guī)模測(cè)試，還無(wú)法達(dá)到可量產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)替代能力。

在其他方面，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈還有需要解決的技術(shù)問(wèn)題，比如自動(dòng)檢測(cè)、離子注入機(jī)等工業(yè)設(shè)備。離子注入是國(guó)內(nèi)較為短板的技術(shù)設(shè)備，北方華創(chuàng)在2025年3月份發(fā)布了旗下首款離子注入設(shè)備，與公司的其他產(chǎn)品形成平臺(tái)化戰(zhàn)略布局，開(kāi)始推進(jìn)全國(guó)產(chǎn)的供應(yīng)鏈設(shè)備。

不管是設(shè)備還是材料，中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)都需要在先進(jìn)技術(shù)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化布局。光刻機(jī)只是制造先進(jìn)芯片的必要設(shè)備之一，但不是擁有了EUV就可以立馬實(shí)現(xiàn)全國(guó)產(chǎn)技術(shù)的制造。