差距20年？國產光刻機真相，與ASML到底差在那兒？

光刻機——中國國產半導體產業的“阿克琉斯之踵”！根據全球知名投行高盛近期發佈的研究報告指出，當前中國自主研發的光刻機僅能支援65nm製程晶片的製造，與行業龍頭ASML的技術水平相差約20年。

報告發佈之後，部分網友認為是無稽之談，其證據就是華為最新發佈的三摺疊手機搭載的麒麟9020晶片是為7nm製程，證明國產半導體產業已經可以自主製造生產先進製程晶片了。其實，在高盛報告中對此有特別說明，其認為：即便中芯國際已實現7nm晶片的量產，其背後大機率仍依賴ASML早前推出的DUV深紫外光刻裝置，因為中國尚未掌握先進光刻機的自主生產能力。

其實，飆叔認為當前國產EUV光刻機未出世是事實，至於差距是否20年並不重要，重要的國產光刻機相比ASML高端光刻機到底差的是什麼地方？高盛報告認為，中國半導體裝置在近些年進步是巨大的，但中國缺乏製造先進光刻掃描器的能力，也就是光刻掃描系統中國還沒有搞定。

光刻機掃描裝置（或稱光刻掃描系統）是光刻機最核心的組成部分，它遠不止一個簡單的“掃描器”，而是一個由多個超高精度子系統構成的複雜整合系統。其核心任務是將掩範本（Mask）上的電路圖案，通過曝光光源和一系列複雜的光學系統，以極高的精度和解析度，掃描投影並縮小到塗有光刻膠的矽片上。

具體來說，光刻機掃描系統包括7個部分，以及目前國產進展情況如下：

1、照明系統 (Illumination System)

這是光路的起點，負責為光刻機提供“光源”。主要功能是產生特定波長、高功率、高穩定性的光，並對其進行整形，使其均勻地照射在掩範本上。我們經常說的EUV光刻機波長13.5nm就歸屬於此。這是目前技術難度最高的光源之一。

目前在光源上，哈工大研發的“放電電漿體極紫外光刻光源”獲得突破，並獲得了科技成果轉化一等獎；另外，中科院成功開發LPP-EUV光源，據稱技術達國際領先水平。但目前兩種技術路線的產業應用仍在研發和探索之中。

2、掩模台 (Reticle Stage or Mask Stage)

掩膜台以極高的速度和精度承載並移動掩範本。它需要與下方的矽片台進行超精密的同步掃描運動。為了提高產能，掩模台需要在極短時間內加速、勻速掃描、減速並復位；需要極端的平穩性，任何微小的振動都會導致成像模糊和套刻誤差，從而影響良率。

華卓精科已掌握雙工件台（掩膜台和矽片台）系統技術，並申請了涉及矽片面形掃描及控制方法的專利。

3、投影物鏡系統 (Projection Objective System)

這是光刻機的“心臟”，技術壁壘最高的部分之一。其是將掩範本上的電路圖案精確縮小並投影到矽片的光刻膠上。通常縮小倍率為4:1或5:1（掩範本上的圖形是矽片上圖形的4倍或5倍大）。

由於所有材料都會吸收EUV光，因此必須使用布拉格反射鏡（由鉬/矽多層膜構成）組成的全反射式光學系統。每一片反射鏡的加工精度都要求達到原子級（面形誤差小於50皮米），被譽為“宇宙中最平滑的人造物體”。

長春光機所（長春光學精密機械與物理研究所）突破光刻機核心部件“光學投影物鏡”製造，關鍵技術實現超精密光學技術的跨越式發展；但具體應用情況未有進一步消息。

4、矽片台 (Wafer Stage)

矽片台是承載矽片，並與上方的掩模台保持絕對同步運動。在曝光時，掩模台和矽片台沿相反方向移動，像掃描器一樣將整個圖案“掃”到矽片上。

華卓精科已掌握雙工件台（掩膜台和矽片台）系統技術，並申請了涉及矽片面形掃描及控制方法的專利。

5、對準系統 (Alignment System)

對準系統是在曝光前，精確測量並校準當前矽片與掩範本之間的位置關係。確保新曝光的圖案層與之前已有的圖案層能夠精確對準（套刻精度）。套刻誤差是衡量晶片製造良率的關鍵指標之一。先進光刻機要求套刻精度在2-3奈米以下。

目前光刻對準系統沒有進一步的消息。

6、調焦調平系統 (Focus and Leveling System)

由於矽片表面並非絕對平坦。該系統在曝光掃描前和掃描過程中，即時檢測矽片表面的高度和傾斜度（平整度），並反饋給矽片台和物鏡系統，通過即時微調來保證矽片表面的每一個點都處於光路的焦深範圍內。極紫外光（EUV）的焦深極淺（約100奈米），對調焦調平的精度要求達到了原子等級。任何失焦都會導致圖形模糊。

華卓精科申請了“出入場矽片面形掃描方法”專利，提升全域掃描效率，涉及矽片台姿態控制。

7、光束傳輸與整形系統 (Beam Delivery & Shaping System)

其主要用於EUV光刻機。由於EUV光在空氣中會被強烈吸收，整個光路必須在超高真空環境中。該系統通過一系列精密反射鏡，將光源產生的EUV光高效、無損地傳輸和整形到照明系統。

深圳億優威光，取得了用於極紫外光刻機的反射鏡及極紫外光線收集方法專利；而波長光電則成功開發光刻機平行光源系統，可用於國產光刻機領域配套，並已交付多套系統用於接近式掩膜晶片光刻工序。

從以上各部件國產化情況可知，目前國產光刻掃描系統在光源、物鏡、雙工件台、某些特定光學元件（如反射鏡、平行光源）等方面，國內確實取得了從無到有、乃至國際先進的單項技術突破。然而，將所有這些頂尖分系統高度整合、穩定可靠地協調工作，並最終達到大批次、高良率的晶片生產要求，是另一個維度的巨大挑戰。

因此，光刻機，尤其是高端EUV光刻機，確實是全球頂尖技術的整合體。其研發難度極高，需要超精密製造、頂尖光學、材料科學、控制理論等多個尖端領域的融合，並且需要整個產業鏈的協同支援。整體來說，目前，國內最先進的ArF浸沒式光刻機據稱已完成28nm製程的產線驗證，但EUV光刻機仍處於研發攻關階段。 (飆叔科技洞察)