今年7月,日媒《日經(jīng)亞洲》發(fā)表了一個引人矚目的觀點:在高端的光刻機領(lǐng)域,中國很可能將成為繼荷蘭、日本之后,第三個具備獨立制造能力的國家。光刻機,作為芯片工業(yè)的“精密畫筆”,其制造難度極高,長期以來全球僅有極少數(shù)公司能夠掌握。
那么,在面臨外部技術(shù)封鎖的背景下,我國的光刻機技術(shù)究竟走到了哪一步?日媒這一判斷的依據(jù)又是什么?從官方公布的進展到科研機構(gòu)的突破,一系列跡象表明,我國正在這條高精尖的賽道上全力沖刺。
當前現(xiàn)狀
當人們談?wù)撔酒圃鞎r,光刻機必是繞不開的核心裝備。它負責將精細的電路圖案“轉(zhuǎn)印”到硅晶圓上。其精細程度,直接關(guān)乎芯片最終的運算能力與能效表現(xiàn)。如今,我國正在這條高精尖的技術(shù)道路上多路并進,展現(xiàn)出全面的攻關(guān)態(tài)勢。
在主流的光刻技術(shù)賽道上,我國已經(jīng)成功攻克28nm及更成熟制程芯片的浸沒式DUV光刻機。這可謂是當前芯片產(chǎn)業(yè)的“主力軍”。
可別小看這個進展,它意味著我們能夠用自己的設(shè)備,逐步替代進口,去生產(chǎn)那些廣泛應(yīng)用于汽車、家電、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的芯片。這無疑是構(gòu)建我國自主芯片制造體系的“基石”。
在滿足大規(guī)模生產(chǎn)的主力,作為技術(shù)前沿的電子束光刻機也在穩(wěn)步推進。今年8月,浙江大學研發(fā)的“羲之”電子束光刻機正式亮相,其精度達到了驚人的0.6nm。它無需傳統(tǒng)的掩膜版,就能直接在芯片上“手寫”電路,并且可以靈活地進行修改和調(diào)試。
這項突破性的技術(shù),主要服務(wù)于量子芯片、新型半導體等下一代技術(shù)的研發(fā)階段,為我國在最前沿科技領(lǐng)域打破設(shè)備管制,提供了一件不可或缺的“科研利器”。
當然,目光還需放得更遠。在代表全球頂尖水平的極紫外(EUV)光刻技術(shù)領(lǐng)域,雖然整機的商用之路依然漫長,但國內(nèi)的研發(fā)團隊已經(jīng)在諸如EUV光源等核心部件上取得了寶貴的實驗室突破。
與此同時,像納米壓印這樣另辟蹊徑的技術(shù)路線,也已在特定領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了商業(yè)設(shè)備的交付,這為我國在這一技術(shù)領(lǐng)域探索潛在的“換道超車”提供了另一種可能。
破局之路
近年來,美國及其盟友持續(xù)收緊對華芯片設(shè)備出口管制,尤其是限制ASML向中國出售高端光刻設(shè)備。然而這種封鎖并未奏效,反而激發(fā)出國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界前所未有的創(chuàng)新動能。
為突破“卡脖子”環(huán)節(jié),國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金(俗稱“大基金”)三期規(guī)模高達3440億元,重點投向光刻機等關(guān)鍵領(lǐng)域。從中央到上海、北京、深圳等地方政府,形成了一套完整的政策支持體系,為技術(shù)攻關(guān)構(gòu)筑起堅實后盾。
有了國家的引領(lǐng),還需要整個產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈深度協(xié)同。面對由10萬余零件構(gòu)成的精密系統(tǒng),國內(nèi)企業(yè)正在光源、光學鏡頭、雙工件臺、光刻膠等各個子系統(tǒng)上全力攻堅。這場“全產(chǎn)業(yè)鏈突圍”的背后,是成千上萬供應(yīng)商和科研機構(gòu)的集體奮戰(zhàn)。
與此同時,作為全球最大的半導體消費國,我國龐大的市場也為本土設(shè)備提供了一個寶貴的應(yīng)用舞臺。以長江存儲,中芯等龍頭廠商為代表的一眾企業(yè),也在積極為國產(chǎn)的光刻機提供“上崗”機會,通過“試用-改進”的實戰(zhàn)循環(huán),加速了設(shè)備從“能用”到“好用”的進化。
在這場漫長的攻關(guān)中,我國企業(yè)還展現(xiàn)出一種務(wù)實的戰(zhàn)略智慧——“囤貨”。在出口管制完全落地前,我國企業(yè)大量采購了ASML的DUV光刻機。
這一舉動,短期看是保障了現(xiàn)有芯片生產(chǎn)的連續(xù)性,但更深層的意義在于,它為國內(nèi)光刻機技術(shù)攻關(guān)贏得了一個極其寶貴的“時間窗口”。 讓國內(nèi)的研發(fā)團隊可以在長期的一段時間,心無旁騖地研究,不必擔心因為自己的研發(fā)進度,拖累了整個芯片制造線的運行。
任重道遠
盡管我國在已經(jīng)取得了令人矚目的進展,但我們必須清醒地認識到,這依然是一場需要耐心和毅力的漫長馬拉松。
在最尖端的EUV光刻領(lǐng)域,我們與行業(yè)龍頭ASML仍存在代際差距。雖然EUV光源等核心部件已在實驗室實現(xiàn)突破,但要將數(shù)以萬計精密元件整合成可24小時穩(wěn)定運行的商用設(shè)備,其工程復雜度遠超想象,仍需數(shù)年時間持續(xù)攻堅。
其次,光刻機是一個高度全球化的產(chǎn)物,比如高端光學鏡頭、精密控制系統(tǒng)等部分核心部件,仍未完全擺脫對進口的依賴。這需要整個國內(nèi)精密制造產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同提升,并非一朝一夕可以完成。
另一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于從“測試成功”到“穩(wěn)定量產(chǎn)”的跨越。實驗室樣機在理想環(huán)境下的成功,與晶圓廠中成千上萬次循環(huán)保持高良率,是兩個不同概念。這個被稱為“工藝爬坡”的過程,充滿了各種試錯,直接決定設(shè)備能否贏得市場信任。
放眼更長遠的未來,我們將在兩條線上并行前進。一方面,會在EUV等先進光刻技術(shù)上持續(xù)投入,努力縮小差距;另一方面,我們或許無需在對方最擅長的賽道上硬碰硬,而是可以探索“換道超車”。
例如,在先進封裝技術(shù)、光子芯片甚至量子芯片等新興領(lǐng)域,我們與全球的研究者幾乎站在同一起跑線上,這些領(lǐng)域?qū)鹘y(tǒng)光刻依賴較低,為我國提供了建立自身獨特優(yōu)勢的絕佳機會。
結(jié)尾
我們既要腳踏實地,在現(xiàn)有技術(shù)路線上一步一個腳印地追趕;也要仰望星空,在新興領(lǐng)域?qū)ふ?換道超車"的機會。這種"兩條腿走路"的策略,或許正是當下中國科技自立自強的最佳路徑。
正如《日經(jīng)亞洲》所提到的,一旦中國在中低端光刻機市場形成強大的競爭力,將直接動搖ASML的營收根基,從而深刻改變?nèi)虬雽w設(shè)備的競爭格局——讓這個近乎壟斷的市場,轉(zhuǎn)向多強并立、充滿變數(shù)與機遇的新局面。
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