独家：国产248nm光刻机能否进入市场？

作者：二马路的冰

排版：Kerry

出品：SOlab

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国产248nm光刻机

投影物镜研发成功

近几天，我国248nm光刻机投影物镜正式官宣研发成功! 这意味着，国产248nm光刻机将很快落地。更意味着，在极限情况下，我国完全自主可控的130nm芯片链的最后一块拼图即将完成，将强力支撑国民经济和社会发展的基本运行。且看芯光社特邀专家的独家深度解读。

芯片产业的重要性毋庸多言。作为信息产业发展的基石，是国民经济和社会发展的战略性、基础性、先导性产业，被誉为“新时代的工业粮食”。不仅我们日常生活所需医疗设备、电力、交通运输、电信、电子政务等行业离不开芯片，国防领域中的卫星、导弹、航母等装备也离不开芯片。所谓的“三百六十行，行行用芯”。比如，近段时间内，汽车行业的缺芯问题，一直是各大媒体重点关注的内容。

汽车缺芯问题，图片来源：CCTV

特殊时期，芯片行业不可避免成为大国竞争和博弈的一个重要领域。比如，据外媒报道，FBI已开始质疑来自美国和欧洲的70家公司的芯片和其他电子部件“在俄罗斯的雷达系统、无人机、坦克、地面控制设备和近海船舶中被发现”。

一位美国商务部官员称“目标是尝试追踪，一直追溯到美国供应商以确定它是如何进入该武器系统的”。

芯片的制造难度也毋庸多言。比如，主持人杨澜独家对话与南开大学新闻与传播学院院长刘亚东教授中，刘亚东教授认为：造芯片可比原子弹难多了。

芯片制造难度的一种解读，图片来源：和文化录·中国和力

芯片生产包括“设计-制造-封测”三大环节。制造环节包括九类设备：光刻机、离子注入机、刻蚀机、化学机械抛光机、PVD、热处理、涂胶显影机、清洗机和量测设备。其中，光刻机是技术难度最大、成本最高的核心设备，光刻机的精度水平决定芯片的集成度（即所谓的技术节点）。在芯片制造中，光刻技术的功能是将掩模版上的器件或电路图形曝光到待曝光的晶圆表面上的光刻胶中。

通俗来说，相当于印钞机。光刻成本约占芯片总制造成本的30%左右。换句话说，一个芯片的首家为10美元，光刻技术成本大约为3美元。

1978年，美国GCA公司（现已被ASML收购）研发出全球第一台g线光刻机，分辨率高达1.5微米。自此以来，光刻机的研发工作不断取得进展。根据工作波长划分，迄今光刻机已经经历了五代产品的发展。

五代光刻机产品的发展

需要指出的是，即使是最先进的3nm芯片生产线，尽管EUV光刻机是必不可少的，但是只用于少数关键层的光刻。其余的非关键层光刻，根据所要求的光刻分辨率，仍然会大量采用第二代、第三代和第四代光刻机。

比如，对于当前最先进的3nm芯片量产来说，总光刻次数约为50-90次，其中基于EUV光刻机的光刻次数仅为3-5次，基于第四代光刻机的光刻次数为10-30次，其余的光刻工序均是基于第二代和第三代光刻机进行。

交通、电力、医疗、航天等场景应用的芯片制造，通常第三代光刻机就完全可以满足，无需采购第四代和第五代光刻机。

目前全球的先进光刻机厂商有荷兰的ASML、日本的Nikon和Canon、以及上海微电子装备（集团）股份有限公司（简称SMEE）。

第五代光刻机ASML公司已经独霸天下，其出货量已经超过100台，单台售价超过1.2亿欧元，公司市值超过2200亿欧元。但是，光刻机是有不同芯片制造场景需求之分的，在第二代、第三代和第四代光刻机市场中，ASML公司并非占据优势，尤其是第三代248nm光刻机。

首先，看一下248nm光刻机的基本原理。

248nm光刻机的基本原理，图片来源：Canon官网

和EUV光刻机相似，248nm光刻机的三大关键核心系统分别是准分子KrF光源，投影光学系统（含照明系统）和精密工件台。但是和EUV光刻机不同的是，准分子KrF光源的制造难度远远低于EUV光源，技术非常成熟。

因此，248nm光刻机的三大关键技术指标：分辨率、套刻精度和生产效率，主要取决于投影光学系统和工件台。

国外先进光刻机技术现状

接着，快速看一下荷兰的ASML、日本的Nikon和Canon的第三代248nm光刻机情况。

➤对应技术节点110nm，ASML公司型号为TWINSCAN XT:860M的248nm光刻机的NA为0.55~0.8，曝光场区为26mm × 33mm，最大曝光效率大于240片/小时，单机套刻精度优于12nm。

ASML公司型号TWINSCAN XT:860M的248nm光刻机，图片来源：ASML官网

➤对应技术节点110nm，Nikon公司型号为NSR-S220D的248nm光刻机的NA为0.82，曝光场区为26mm × 33mm，最大曝光效率大于230片/小时，单机套刻精度优于3nm。

Nikon公司型号NSR-S220D的248nm光刻机，图片来源：Nikon官网

➤对应技术节点110nm，Canon公司型号为FPA-6300ES6a的248nm光刻机的NA为0.5~0.86，曝光场区为26mm × 33mm，最大曝光效率大于200片/小时，单机套刻精度优于5nm。

Canon公司型号FPA-6300ES6a的248nm光刻机，图片来源：Canon官网

从三大核心技术指标数据可以看出，除了生产效率技术指标外，ASML公司的248nm光刻机的另外两大核心技术指标，分辨率和套刻精度，均差于日本的Nikon和Canon的248nm光刻机。

国内先进光刻机技术现状

下面，我们来看一下国内先进光刻机技术现状。

SMEE成立于2002年3月，是国内唯一从事研发、生产以及销售芯片光刻机的厂家，排名全球第四。其光刻机制造模式和ASML公司一样，是“主制造商+供应商”。当前SMEE的先进光刻机水平如下图所示。

SMEE今天的官网

在芯片封测（后道）环节，后道光刻机是大数据、人工智能等最先进芯片封装必不可少的工具，可应用于高密度异构集成，实现多芯片高密度互连封装。从公开渠道可以得知， SMEE的后道光刻机具有高分辨率（可达0.8微米）、高套刻精度和超大曝光视场等特点，已经实现大规模销售。据报道，SMEE的后道光刻机中国大陆市场占有率达80%，并已经销售到中国台湾省等。

SMEE的后道光刻机，图片来源：SMEE官网

在芯片制造（前道）环节，SMEE的193nm步进扫描投影光刻机于2007年面世，其技术水平达到了90nm节点。当然，这个90nm节点是货真价实，其单次光刻分辨率真的是90nm。但是，迄今为止，尚未在中国大陆芯片龙头大厂（比如中芯国际、上海华力、晶合集成）的前道工艺中获得量产应用。另外，据媒体报道，28nm光刻机集成制造工作正在进行中。