「智东西」芯片制造“大国重器”背后的九九八十一难( 二 ) 文|韦世玮

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一面是已经抢先落地商业化的5nm刻蚀机，一面是离产业化还有一定距离的22nm光刻机，两者国产化进度的巨大差异，实则源于刻蚀与光刻工艺之间的技术壁垒。
我们做个类比，如果将芯片的制造过程比作雕刻，那么光刻机就像是将雕刻线稿（电路图）描绘在材料上（晶圆表面）的画笔，画笔的精度直接决定了芯片的尺寸和能够集成的晶体管数；刻蚀机就像是一把雕刻刀，负责剔除线稿中的多余部分，逐渐呈现出“作品”完整的模样。
从工序上看，光刻机对分辨率、对准精度、曝光方式和光源波长等方面有着极高的要求，涉及精密光学、精密运动、高精度环境控制等多项高尖技术，是芯片制造过程中最复杂和最关键的一步。尤其当工艺推进到EUV技术阶段后，光刻还需要全程在真空环境下完成，设备要求进一步提高。
据格罗方德数据，光刻设备约占晶圆生产线设备总成本的27% ，同时光刻工艺时间成本占芯片总制造时间的40%至50% 。
相比光刻机，刻蚀机在精密定位和环境控制等技术方面的要求较低，更多需要依靠化学反应来对晶圆进行选择性的腐蚀或剥离，其技术要求和门槛也比光刻机更低。
但不论是国产刻蚀机的迅速发展，还是光刻机的艰难爬坡，作为芯片制造环节中的重要设备，它们的发展无疑是我国半导体产业国产化水平的重要指标之一，同时也是我国半导体产业在相关技术领域突破国外限制，掌握自主核心能力的关键。
二、缘起2000年，国产光刻机与刻蚀机的起步
光刻机和刻蚀机的国产化起点，源于我国21世纪初的第一波芯片创业浪潮。彼时，全球半导体设备市场正步入增速逐渐放缓的阶段。
当时，国外刻蚀机市场已经经历了一番激烈的龙头角逐激战，市场占有率第一的宝座已易主泛林半导体，昔日霸主应用材料掉落“神坛” 。但全球刻蚀机市场仍是泛林半导体、应用材料和东京电子三足鼎立的局面。
另一头全球光刻机市场中，新秀玩家荷兰ASML正在制程工艺上紧咬日本尼康，并与台积电一同押注“浸没式光刻”技术，市场份额逐渐升高。那时的全球光刻机还不是ASML一家独大，而是和刻蚀设备市场相似，为日本尼康、日本佳能、荷兰ASML三强争霸，但ASML已有猛冲市场规模第一之势。

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▲尼康NSR-S631E光刻机
全球市场的激烈纷争下，我们将目光放回国内半导体设备市场。 21世纪初，我们的光刻机与刻蚀机赛道才刚刚建起。
那时，国内的芯片代工厂商几乎都是从国外采购生产设备，尤其是先进技术的半导体设备进口仍然受到国外巨头的严格管制，而国内光刻机和刻蚀机技术基础十分薄弱。
市场环境方面，以信息技术为代表的高新技术和产业正飞速发展，全球亦掀起了一股以信息产业发展为主的综合国力竞争。其中，软件产业和集成电路（IC）产业的发展，已成为这场全球竞赛的重要技术基础与核心。
2000年6月，国务院出台《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》，通过鼓励资金、人才引进、税收优惠等方式发展IC产业，力争到2010年使我国IC产业成为世界主要开发和生产基地之一。
与此同时，该政策还希望经过5至10年的发展，我国的IC产品能够满足国内市场的大部分需求，并实现一定数量的出口。
这一政策直接催生了一股IC产业创业潮，中兴微电子、汇顶科技、兆易创新等一众企业兴起。其中，在产业链上游的半导体制造设备领域，北方华创、上海微电子和中微半导体等公司相继成立。
历经十余年发展，如今汇顶科技、兆易创新已成功在上海证券交易所上市，而北方华创和中微半导体则分别登陆深圳证券交易所、科创板上市。