国产光刻机新突破：与ASML的差距有多少？

9月9日工信部印发了《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024 年版）》通知，文件中赫然列出了国产光刻机的最新进展。

目录中的“集成电路生产装备”板块列出了氟化氪光刻机和氟化氩光刻机。

本次列出了氟化氪（KrF）和氟化氩（ArF）光刻机，氟化氪和氟化氩两种气体均使用于深紫外（DUV）光刻机。其中，氟化氩光刻机的核心技术指标为：光源193nm，分辨率≤65nm，套刻≤8nm。

这些参数是什么意思呢？

193nm光源

目前，光刻机经历了五代发展。

第一代：G线光刻机，光源波长为436nm，主要用于制造350nm以上的芯片。

第二代：I线光刻机，光源波长为365nm，主要用于制造350nm的芯片；

第三代：氟化氪（KrF）光刻机，光源波长为248nm，可以制造130nm及以上的芯片；

第四代：氟化氩（ArF）光刻机，光源波长为193nm，可以制造65nm及以上的芯片，使用浸润式技术后，光源经过折射变为134nm，可以制造7nm及以上的芯片。

第五代：EUV光刻机，可以制造7nm以下的芯片，目前台积电、三星的3nm技术就是使用的ASML的EUV光刻机。

193nm是深紫外光的波长，这一点上ASML也不例外，这说明我们的光源技术达到了第四代光刻机的标准技术。

65nm分辨率

光刻机的分辨率是指光刻机能够清晰投影和区分硅片上两个邻近特征图形的能力。‌

这里有一个公式分辨率 = k1 * λ / NA，k1是常数，λ是光源波长，NA是物镜的数值孔径。

通过公式，我们可以看出，k1、λ固定了，要想提升分辨率质量，造出更精密的芯片，就要提升物镜的数据孔径。

例如，ASML的DUV光刻机NA从0.4增大到0.93，EUV光刻机NA从0.33提高到0.55实现了重大升级，可以制造更精密的芯片。

目前来看，ASML的DUV光刻机分辨为34nm，国产光刻机分辨率65nm，这说明在制造同一工艺制程的芯片时，ASML的良品率更高，尤其是多重光刻时更明显。

套刻≤8nm

套刻说白了就是多重曝光，在不改变光源波长的情况下提高分辨率水平，进而制造出更先进的芯片。

例如，台积电曾经用134nm 的1980Di型光刻机为华为制造出了麒麟990芯片，这款芯片为7nm工艺，使用的就是多重曝光技术。

目前常见的多重曝光技术主要有：曝光 -固化-曝光-刻蚀（LFLE）、双重光刻（LELE）、三重光刻（LELELE），自对准多重图形 （SAMP）技术。

双重曝光可以有效提升28nm芯片的图像质量，使其等效于14nm。

而三重曝光、自动准多重图形更多的使用在16nm、14nm和7nm工艺上。

在多重曝光技术中，最重要的就是套刻精度。

因为多重曝光意味着每一次曝光在晶圆上的位置必须高度的一致，否则曝光后的电路结构就会出现错误，两次曝光位置的偏移程度成为套刻精度的重要指标。

而多重曝光也意味着成本的增加，同时光刻机的生产效率、良品率、耗电量都会受到影响，导致更高的成本。

套刻≤8nm只是理论上可以制造出8nm芯片，但实际上因为良品率、成本可能最终会放弃制造，试想一下你制造了一批8nm手机芯片，结果单颗成本达到了1500元，而且发热严重，这有什么意义？

更何况国产光刻机的分辨率为65nm，我们的物镜与蔡司的还是有差距。

所以，目前来看，我们国产ArF光刻机，在使用上浸润式技术后，应该是可以制造14nm芯片的，这已经是非常了不起的成绩了。

14nm及以上的芯片使用场景高达70%。

14nm芯片应用领域很广，包括航天军工、汽车、工业、家电等多个领域，市场份额高达70%，而7nm以下的先进芯片只应用在智能手机、先进的CPU、超算、AI芯片、自动驾驶领域，市场份额为30%。

所以，国产氟化氩（ArF）光刻机的诞生，可以将我国芯片的国产化率提升至70%，2-3年技术升级后，可以实现7nm芯片的国产化。

放眼全球，能够玩的了光刻机的只有荷兰、日本和中国。

荷兰ASML的光刻机最先进，但它使用的是全球技术，美国的光源、德国的物镜、法国的轴承，还有一部分技术来自日本和中国的台湾。据统计，ASML的供应商高达3000家，来自全球各地。

日本尼康的光刻机仅次于荷兰ASML，但是也做不到真正的自主，也受限于欧美技术。

唯独中国的光刻机是自主研发，因为海外在光刻机方面，包括零部件对我国是禁运的，能够官宣，这足以说明关键核心技术做到了100%国产化，这一点是其他国家不具备的。

但是我们也要看到，光刻机的道路依然很艰难，因为下一代EUV光刻机会更难，它对光源技术、物镜系统、双工作台，以及轴承、线缆等要求更高。

13.5nm的极紫外光源技术、比浴室镜平整100倍的物镜、纳米级别误差的双工作台，光是听起来就令人窒息。

而一旦突破，就会彻底颠覆全球芯片格局，ASML也会跌落神坛。

从早期ASML工程师嘲笑中国说：即便把图纸公开，他们（中国）也造不出来。

到之后的，中国造不出先进光刻机。

再到去年，ASML总裁温宁克：中国自主研发光刻机是破坏全球产业链。

ASML的态度已经暗示中国的光刻机的发展了。

中国光刻机在自主研发道路上已经进入了纵深领域，只要我们脚踏实地、一步一步的走下去，未来EUV光刻机必将突破，逆袭超越也就水到渠成了。

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