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下載手機APP 芯片是國家的核心競爭力，早在2006年美國還未使用芯片禁令大棒的時候，我國就未雨綢繆，開始國產(chǎn)芯片的全產(chǎn)業(yè)鏈計劃，進行芯片國產(chǎn)替代。
在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》里設(shè)置國家科技重大專項，并確定了16個重大專項作為國家科技發(fā)展的重中之重(見下圖)，舉全國之力進行攻關(guān)突破，其中集成電路裝備因排第2被稱為02專項，重點對22-45nm芯片制造裝備進行攻關(guān)。
2021年是02專項全面收官之年，那么現(xiàn)在攻關(guān)情況怎么樣?我國的半導(dǎo)體發(fā)展是不是已經(jīng)有突破了?我們從幾個卡脖子項目上看看02專項的實施情況。
|01光刻機
光刻機是02專項的核心，整機項目主要由上微電子承擔(dān)，目前已經(jīng)能生產(chǎn)干式90nm的光刻機。屬于沉浸式的65nm、45nm和28nmDUV光刻機項目還未能突破，當(dāng)前世界上最先進的7nmEUV光刻機還沒有開始整機立項研發(fā)。
沉浸式光刻機是讓光通過水的折射降低波長，提高光刻的精度，基本上90nm以下的光刻機都是沉浸式。沉浸式光刻機未突破主要原因是國產(chǎn)浸液系統(tǒng)未研制成功，02專項的浸液系統(tǒng)項目由浙江大學(xué)流體動力與機電系統(tǒng)國家重點實驗室和浙江啟爾機電承擔(dān)，目前還在穩(wěn)步推進階段。
網(wǎng)上有傳上微電子2022年將量產(chǎn)28nm的光刻機，但從國外光刻機發(fā)展進程來看，中間還有兩個臺階65nm和45nm光刻機，每個臺階的技術(shù)不一樣但又以前者為基礎(chǔ)，跨越式發(fā)展可能性不大。
| 02 光刻機子項目
上微電子生產(chǎn)的光刻機并不是純國產(chǎn)貨，它的核心部分光源系統(tǒng)與鏡頭系統(tǒng)都是國外進口的，要建立完全的國產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)鏈，要有自己的光源和鏡頭。所以02專項還建立了光刻機子項目，主要為光源、鏡頭、雙工作臺三個大系統(tǒng)項目。
(1)光源
光源分準(zhǔn)分子激光光源和極紫光光源，分別用在DUV光刻機和EUV光刻機上，具體研究單位和研究進展可見下圖，可得出以下幾點結(jié)論：
第一，40瓦干式DUV光刻機光源已經(jīng)可以交付商用，使我國成為美日之后第三個能生產(chǎn)此光源的國家，但是沉浸式DUV光源我們還在研發(fā)，主要是光源功率有差距，沉浸式必須達到60瓦。
第二，極紫光光源項目已獲得突破，哈工大實驗室成功研制出12瓦DPP-EUV光源，離商用EUV所必須的250瓦有巨大差距，估計用十年時間可以到達這個水平。
第三，最近，清華大學(xué)研發(fā)了一種新型粒子加速器光源，有可能成為EUV光刻機的新光源，不過距離應(yīng)用還有很長的路。
(2)鏡頭系統(tǒng)
光刻機三大核心系統(tǒng)里面鏡頭系統(tǒng)是核心，鏡頭系統(tǒng)不只是光學(xué)技術(shù)，還有加工的工藝要求，以及建立系統(tǒng)集成平臺。
當(dāng)年ASML在2010年就完成了EUV光刻機的原型機，但一直到2019年才出貨商用，光學(xué)透鏡、反射鏡系統(tǒng)的技術(shù)難關(guān)一直沒有攻克是主要原因。
鏡頭項目承擔(dān)單位與研究進展見下圖，并可得出如下結(jié)論：
第一，我國長春國科精密已經(jīng)能生產(chǎn)早期的光刻機鏡頭，可用于合肥芯碩200 nm的光刻機，暫時不能用于上微電子90nm光刻機上，主要是光學(xué)系統(tǒng)的加工、檢測、鍍膜等技術(shù)還需進一步提升。
第二，高端的EUV 光刻曝光裝置已經(jīng)驗收，使我國初步掌握了極紫外光刻的核心光學(xué)技術(shù)，但是與EUV光刻機的鏡頭系統(tǒng)還是兩個概念，相當(dāng)于我國已經(jīng)掌握航空發(fā)動機技術(shù)，但不等于就可以制造波音飛機發(fā)動機，既有技術(shù)等級的鴻溝、也有制造水平的巨大差距。
(3)雙工作臺系統(tǒng)
EUV光刻機內(nèi)有兩個工件臺，功能、結(jié)構(gòu)一樣，一個工作時另外一個做相關(guān)準(zhǔn)備，并不?；Q位置以提高曝光效率。
“光刻機雙工件臺系統(tǒng)樣機研發(fā)”項目由清華大學(xué)和北京華卓精科承擔(dān)，2019年4月通過國家驗收，成為02專項光刻機項目第一個完成的子項，使我國成為第二個掌握生產(chǎn)最尖端雙工作臺系統(tǒng)的國家。
|03光刻膠
光刻膠是芯片生產(chǎn)的上游產(chǎn)品，高端產(chǎn)品基本為日本控制，也是卡脖子產(chǎn)品。
ArF干式光刻膠已經(jīng)通過驗收，并在南大光電和北京科華兩家公司已經(jīng)進入量產(chǎn)階段。ArF沉浸式光刻膠已經(jīng)在積極籌備驗收工作，具體驗收時間等待專家通知，估計研發(fā)已經(jīng)收尾。
EUV光刻膠是最高端產(chǎn)品，因為光刻膠研發(fā)需要與光刻機企業(yè)協(xié)同配合，而國內(nèi)沒有EUV光刻機，所以研究難度較大，不過此項研究進展不錯。
EUV光刻膠材料與實驗室檢測技術(shù)研究已于2018年通過驗收，讓我們對 EUV光刻膠的一些材料和配方方面的研究積累較好的基礎(chǔ)，不過從實驗室到市場距離較大，量產(chǎn)商用短期不會有時間表。
|04刻蝕機
刻蝕就是除去硅片電路圖外不需要的材料，02專項的蝕刻機項目由中微半導(dǎo)體承擔(dān)。
2019年6月，中微半導(dǎo)體成功研發(fā)生產(chǎn)世界上第一臺5nm蝕刻機，并實現(xiàn)向臺積電供貨。2021年5月，中微半導(dǎo)體又完成3nm蝕刻機的研發(fā)工作，并開始量產(chǎn)，可以看出，我國在蝕刻機方面已經(jīng)與世界芯片發(fā)展水平同步。
蝕刻機是02專項最成功的項目，不過相對光刻機而言，蝕刻機的技術(shù)含量較低，利潤也不是很高，所以我們能夠很快追趕上國際水平，并能在巨頭橫行的半導(dǎo)體市場有一席之地。
|05 結(jié)論
02專項在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈里全面鋪開，限于篇幅我們只談?wù)剮讉€核心的項目，特別是一些卡脖子的項目攻關(guān)情況。從上述情況，我們可以得出以下結(jié)論：
第一，02專項在15年的持續(xù)投入和艱難攻關(guān)下，除了光刻機技術(shù)還沒攻克外，我國在22-45nm芯片制造上基本實現(xiàn)了國產(chǎn)替代，并建立了自己的芯片全產(chǎn)業(yè)鏈，緊緊跟上國際先進水平，為實現(xiàn)芯片自主邁出重要一步。
第二，我們也應(yīng)該清醒認(rèn)識到，芯片發(fā)展是一個長期積累、高投入的過程，非一時之功可以達成。
特別是要追趕上世界最先進的技術(shù)，必須要在人力、物力和資金方面的投入超過領(lǐng)先者，但實際上技術(shù)領(lǐng)先的國際芯片巨頭在科研投入上遠遠超過我們，這也意味著他們跑得更快。
第三，在當(dāng)前企業(yè)利潤不能支撐科研投入的情況下，需要國家更多的扶持和投入。02項目雖然已收官，國家芯片大基金一期、二期已經(jīng)設(shè)立，4千億的資金投入彰顯國家的氣魄、眼光和決心，我們有理由相信：希望可期，勝利在望，未來在握。創(chuàng)意醬007
