智東西11月30日消息，昨天，中國晶元產業取得了重大突破！

中科院宣布，經過7年由中國科學院光電技術研究承擔研究的「超分辨光刻裝備項目」正式在成都通過驗收，這是世界上首台分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備，能夠在365nm的波長下完成22nm工藝晶元的生產，還能通過多重曝光等手段實現10nm以下工藝的晶元生產。

最重要的是，這套光刻機繞過了國外高分辨光刻裝備技術知識產權壁壘，形成了一條全新的納米光學光刻工藝路線，具有完全自主知識產權。

那麼這套光刻機究竟牛在哪？我們為什麼要關注它？中國的晶元產業跟國外前沿差多少？這台光刻機能改變什麼？這些問題，本文將一一解答。

光刻機：中國的「芯」痛

晶元產業可以分為設計、製造、封裝三大流程，在這大三領域裡，我國在設計與封裝方面進展尚可，如海思等少數龍頭企業還能夠與國際一線玩家共台競技。

然而在晶元的製造領域，卻是另一個故事。

受制於自身起步較慢與國外的技術封鎖，中國大陸的晶元製造領域與國外先進技術相差巨大。目前台積電的7nm晶元已經量產，而技術最領先的玩家——中芯國際——在前陣子才剛剛宣布14nm工藝開始導入客戶，與台積電相差了至少2-3代工藝。

而在晶元製造的各個環節當中，光刻機又是一項重中之重的設備，其重要地位彷彿冠上明珠。

簡單來說，晶元製造的過程就是將晶元設計的「圖紙」復原在矽片，並保證這塊晶元能夠實現預設的功能。

晶元製造的環節也有很多，包括光刻、刻蝕、離子注入、薄膜沉積、化學機械研磨等。

而這其中，光刻又是生產流程中最複雜、最關鍵、耗時最長（幾乎一半時間）、成本最高（約佔晶元生產成本1/3）的工藝步驟，光刻的工藝水平直接決定晶元的製程水平和性能水平。

然而，我國光刻設備研究現況不容樂觀。由於自身起步較慢、國內產研環境又差，我國的光刻設備研發一直處在落後地步。

目前全球最強大的光科技設備廠商為荷蘭ASML，其設備已經能進行7nm工藝製造，單價達到近一億歐元。而我國最先進的設備為上海微電子光刻機，最高工藝製程為90nm。

那麼研發不成，我們能買設備、買技術嗎？

很不幸，不可以。

從1949年開始，西方國家就陸續通過「巴黎統籌委員會」、「瓦森納協定」來限制相關國家出口敏感技術和產品，中國正是一個重要的限制對象。

這些協議規定，半導體等相關技術與產品批准出口的技術通常比最先進的晚兩代，如果再加上中間落地手續一繁複，分分鐘出現「剛引進就落後」的局面。更有甚者，在摩爾定律每18-24個月算力翻番的驅動下，這些被封用引進的國外技術會迅速變成廢鐵。

而且最坑的是，有些技術我們不是不能做出來，但是由於國外早早就申請註冊了專利，因此就算獨立研發出來了相關設備，也不能投入生產，否則將面臨巨額的罰款與制裁——君不見當年中芯國際因此痛失創始人張汝京。

因此，雖然這套光刻設備並不是全球最前沿的技術、離直接拉進工廠開始生產也還有一段距離，但是它的驗收完成就意味著，中國在光刻機領域首次有了如此重大的突破！

而且這套光刻機繞過了國外高分辨光刻裝備技術知識產權壁壘，在原理上突破分辨力衍射極限，建立了一條成本更低、更大面積的納米光刻裝備研發新路線，中國具有完全自主知識產權。（目前市面上常用第五代EUV 光刻機，使用波長13.5nm的極紫外光）

國內最強晶元光刻機是怎樣煉成的？

11月29日，這個值得中國科技界銘記的歷史性的日子！

這一天，國家重大科研裝備研製項目「超分辨光刻裝備研製」通過驗收，這是我國成功研製出的世界第一台分辨力最高紫外超分辨光刻裝備。

這個光刻機由中國科學院光電技術研究所研製，項目啟動於2012年，到如今研製成功用了將近7年的時間。

據研究所許祖彥院士等驗收組專家表示，它在365nm波長光源下，單次曝光最高線寬分辨力可達到22nm，相當於1/17波長，而更令人驚喜的是，並且「結合雙重曝光技術後，未來還可用於製造10nm級別的晶元」！

22nm是個什麼概念？中科院的文章中如此對比：頭髮的直徑約為80微米，22nm是頭髮直徑的1/3600。也就是說，這個光刻機能夠在頭髮表面加工各種複雜的結構。

光刻機就像一台投影儀，將精細的線條圖案投射於感光平板，光就是一把雕刻刀，把集成電路設計圖雕刻在微小的晶元上，但線條精細程度有極限受限於光波長的一半。

在此之前，光刻機主要使用的是深紫外光源，成像解析度極限為34nm，而進一步提高解析度需要非常昂貴的多重曝光等技術。

總的來說，這一里程碑式的重大國家項目在原理上突破分辨力衍射極限，採用近紫外光、汞燈的低成本光源，建立了一條波長更長、成本更低、更高光刻分辨力（0.06倍曝光波長）、更大面積的nm光刻裝備研發新路線，繞過了國外相關知識產權壁壘。

而如此高的技術壁壘，中科院又是怎樣突破的呢？

自2003年起，中科院光電所開始將研究一種光刻方法：將金屬和非金屬薄膜貼合產生無序電子，用光線照射金屬膜引起這些電子有序振動，從而產生波長短得多的電磁波。這樣一來，其研製的光刻機就能夠在365nm波長光源下，將單次曝光最高線寬解析度壓縮到1/17波長。

據說，中科院光電所目前掌握超分辨光刻鏡頭、精密間隙檢測、納米級定位精度工件台、高深寬比刻蝕和多重圖形配套光刻工藝等核心專利。其光刻機已擅長加工一系列納米功能器件，包括大口徑薄膜鏡、超導納米線單光子探測器、切倫科夫輻射器件、生化感測晶元和超表面成像器件等。

其製造的相關器件已經在中國航天科技集團公司第八研究院、電子科技大學太赫茲科學技術研究中心、四川大學華西醫院、中科院微系統所信息功能材料國家重點實驗室等多家科研院所和高校的重大研究任務中得到應用。

據說今年中芯國際首次向ASML訂購的EUV光刻機採購價格高達1.2億美元。而一旦按照中科院所言，這台設備以後可製造10nm，那就意味著中國自己的光刻機將以更高的性價比惠及整個晶元產業。

有人估計，國產光刻機的出現將為我國每年至少節省上千億美元的外匯。

中科院該項目的相關負責人表示：「相關領域國外禁運我們再也不怕了！」、「技術完全自主可控，在超分辨成像光刻領域國際領先」。

結語：突破技術封鎖，致敬半導體人！

除了上文提到的上海微電子光刻機、中科院超分辨光刻裝備項目外，其實中國還有不少研發團隊正在努力進行技術突破。

比如，2016年1月，由清華大學、華中科技大學、上海微電子、成都工具所承擔的、歷時5年的「光刻機雙工件台系統樣機研發」項目舉行了內部驗收。

該項目以研製光刻機雙工件台系統樣機為目標，為我國自主研發65-28nm雙工件台乾式及浸沒式光刻機提供具有自主知識產權的核心子系統。

去年6月，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所也舉行了「極紫外光刻關鍵技術研究」項目驗收。

這一項目歷時5年，成功研製了波像差優於0.75nm RMS的兩鏡EUV光刻物鏡系統，構建了EUV光刻曝光裝置，是國內首次獲得EUV 投影光刻32 nm線寬的光刻膠曝光圖形。

以上種種，都是中華半導體人的辛勤勞動與不懈努力，是我國半導體與集成電路產業的先鋒部隊。

不過，由於研發項目往往離工業產品落地還有一段距離，我們同時也要避免陷入研發與市場嚴重脫節的陷阱，在突破技術封鎖的同時，也要關注前沿技術的產業落地。

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