对比中外供应链 探国产28nm前道光刻机年底交付真相

近日，半导体圈子里都在热烈讨论“国产28nm光刻机（Mask Aligner)年底要交付”的话题，有人兴高采烈，大声叫好；有人直呼“狼来了”；更多的人保持观望……

消息源头来自7月31日《证券日报》发出的一篇题为《国产光刻机如何突围？》文章，该文如是报道“近日，有消息称，上海微电子正致力于研发28纳米浸没式光刻机，预计在2023年年底将国产第一台SSA/800-10W光刻机设备交付市场。”

文章发布后，新华网转载。由于获得了官媒“认定”，该消息在网络上快速传播，引发舆论热议。此后事件迅速发酵，最终证券日报官网、新华网以及诸多转载的半导体行业媒体纷纷被要求删稿。到底是什么原因导致删稿，众说纷纭。

但回到新闻事件本身，网友们最关注的其实还是国产28nm光刻机能不能实现商用。而看事态发展，很多人都认为这是在释放烟雾弹。有网友表示“因为上海微电子已经跳票过无数回了，所以没见到机子前一切消息都不能信”，这或许代表了大多数网友的心声。

那么，国产光刻机到底处于什么研发水平和状态呢？28nm光刻机商用的瓶颈又在哪？或许可以从整个国产供应链上的供应商进展来一窥其貌。

现状：中低端市场占比80%，但高端市场还在“漫漫求索”

如今“言光刻机，必称阿斯麦（ASML）”，荣格电子芯片（微信号：RingierEC）先来简单科普一下光刻机的种类。因为就供给端来看，除了高端市场，ASML一枝独秀外，其实还能看到其他企业的身影。

光刻机又名掩模对准曝光机，是芯片制造流程中光刻工艺的核心设备。芯片的制造流程极其复杂，而光刻工艺是制造流程中最关键的一步，光刻确定了芯片的关键尺寸，在整个芯片的制造过程中约占据了整体制造成本的35%。

如图1所示，光刻机发展至今已经迭代到第五代，即目前备受瞩目的EUV极紫外式光刻机，目前，全球只有ASML一家可以提供。数据显示，在EUV、ArFi、ArF等三个高端机型上，ASML出货量占比分别为100%、95%、87%。

图1   光刻机产品解析表（来源：头豹研究院）

还有两家巨头则各自选择了不同的市场布局战略。佳能选择完全退出高端市场，凭借性价比优势聚焦于中低端光刻机，比如封装光刻机、LED光刻机以及面板光刻机；尼康则是全线布局，但在10nm以下的市场仍不敌ASML。

值得注意的是，在中低端光刻机市场，以上海微电子为代表的国产企业已经在细分领域占据主流，比如在国内封装光刻机市场中，上海微电子市占率达80%，全球市场市占率则为40%。

那么，这些光刻机到底怎样区分，才不会傻傻分不清楚呢？一个简单的判别方法，按照应用领域来分类，其大致分为三种：

◆芯片制造用的前道光刻机，主要应用于晶圆制造，并且随着芯片制程越小，晶圆尺寸越大，光刻机的要求就越高。

典型产品就是EUV，其能帮助台积电等晶圆代工厂实现5nm、3nm等先进制程工艺。

◆芯片制造用的后道光刻机，主要用于封测，正是国产光刻机厂商的主力战场。

比如在青岛西海岸新区的富士康工厂，这里已经发展成为一家具备46台国产封测光刻机的芯片封装与测试工厂。其中28台是由上海微电子研制，余下18台则由北方华创提供，据悉两家公司的封测光刻机支持的制程和工艺并不同。

◆第三种是面板光刻机，主要用于分立器件、LED等制造。

今年7月20日，大族激光就在投资者互动平台表示，公司光刻机项目主要应用在分立器件领域，分辨率3-5μm；其中，接近式光刻机已投入市场，步进式光刻机已启动用户优化，公司光刻机研发未受到相关影响。

可以看到，在后道光刻机和面板光刻机方面，其实国产替代已经很成熟，而目前最为人关注并且国内产学研界正在攻关的，正是高端的前道光刻机领域。

国产最先进的前道光刻机系由上海微电子推出的SSX600系列光刻机，其中最先进的型号是SSA600/20。官方资料显示，SSX600系列光刻机可满足IC前道制造90nm、110nm、280nm关键层和非关键层的光刻工艺需求，该设备可用于8吋或12吋线的大规模工业生产。

但实际上，上海微电子的90nm光刻机出货情况并不理想。根据公开数据不完全统计，上海微电子于2020年-2022年期间该款设备中标数量分别为2台、1台、1台。甚至有媒体报道称，中芯国际此前曾采购过1台，但最终没有被用到产线上。

瓶颈：对比中外高端光刻机供应链窥探攻关难度

那么，对于国产供应链企业来说，前道光刻机的难点到底在哪？

“他山之石可以攻玉”，先来看看ASML的供应链。以EUV光刻机为例，这系由10万多个大小零部件构成，汇聚了来自不同国家的5000多家企业技术！如图2所示，ASML前道光刻机供应链上分布着全球各细分领域的顶级供应商。

目前，美国联合日本、荷兰等对中国高端半导体领域从材料、组件、设备等方方面面进行技术、产品封锁。当“引进来”走不通时，国产半导体尤其是芯片制造领域的替代就不再只是简单的某一款设备的替代，而是相当于，中国需要依赖国产供应链厂商直接与各个细分领域的巨头比拼，而且目标不是简单地复刻，是具有自有知识产权、不会再被卡脖子的原创研发，其中的难度可想而知。

图2   ASML光刻机全球产业链分布

那么，国产光刻机的供应链是怎样的呢？如图3所示，在国产化替代上，光刻机的上下游均涌现出了一批优秀供应商，比如光刻机光源系统厂商福晶科技，物镜系统厂商奥普光电，涂胶显影厂商芯源微，光掩膜版厂商菲利华、华润微，缺陷检测厂商精测电子、东方晶源，光刻胶厂商南大光电、容大感光，光刻气体厂商雅克科技、华特气体等等。

图3  国产光刻机产业链

尽管在各个细分领域上，国产供应商们与全球的巨头还有一定差距，但是当下而言，国产替代的方向非常明确，比如28nm前道光刻机就是一个契机。因为28nm芯片是目前全球主流制程，占市场份额77%。

在今年第一季度的业绩交流会上，ASML的CEO Peter Wennink曾表示：“根据我与中国一个终端客户的讨论，他们是产品制造商，而不是半导体制造商，他们生产电动汽车。如果你考虑到三到四年内将要生产的电动汽车数量的增加，还需要多个28和45纳米的晶圆厂，需要多个，不止一个。这些步骤还没有完成。所以，我认为人们低估了次关键和成熟半导体领域的需求有多重要，这个需求将以两位数的速度增长，无论是汽车、能源转型、整个工业和产品领域，还是作为AI系统的一个组成部分的传感器。这就是次关键和成熟半导体领域的重要性所在，需要继续增长，这也是中国非常强的领域，这也是为什么这可能占到我们Deep UV备货40%到50%的原因。”

如果能攻关下28nm前道光刻机，这场突围技术封锁，或许中国就已经成功了一半。据专家介绍，28nm光刻机不只是能做28nm芯片，在多重曝光下也能生产7nm芯片。或许正是深知这一点，“上海微电子今年年底交付28nm浸没式光刻机”的消息才会获得如此多关注。

可以说，前道光刻机是集成了人类顶级智慧才被制造出来的设备，国产供应商要实现完全替代的确还需要很长的技术积累。

《国产光刻机如何突围？》就在文中提到：接受本报记者调研的企业称：“卡脖子”的难点主要在两处：一是光源，光刻机要求体系小、功率高而稳定的光源；二是镜片，为了让光线能够精确地照射到硅片上刻画出微小的图案，需要一系列高精度和高光滑度的镜片来聚焦和校准光线。

在光源、物镜和工作台等核心零部件领域，国产供应商在光源技术方面已经突破，但镜头差距还比较大，目前只能做到90nm分辨率，而华卓精科的双工作台是否能通过验收还值得期待。

有业内人士认为，这涉及的还只是设备研发环节，事实上就算研发成功，距离量产、获得晶圆代工厂客户的认可并批量进行采购，国产供应商还有非常远的路要走。

参看文献：

1.芝士起源——《国产光刻机，光在吹牛逼》；

2.证券日报——《国产光刻机如何突围？》。