28nm以上制程的成熟芯片有望實(shí)現(xiàn)全流程國(guó)產(chǎn)化了！

9月9日，工業(yè)和信息化部印發(fā)《首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄（2024年版）》的通知：

目錄中的“集成電路生產(chǎn)裝備”板塊列出了氟化氪光刻機(jī)和氟化氬光刻機(jī)。其中，氟化氬光刻機(jī)的核心技術(shù)指標(biāo)為：光源193納米，分辨率≤65nm，套刻≤8nm。

有消息稱，國(guó)產(chǎn)氟化氬光刻機(jī)的研發(fā)主要由中國(guó)的幾家領(lǐng)先半導(dǎo)體設(shè)備制造商和研究機(jī)構(gòu)共同完成。其中，中微半導(dǎo)體設(shè)備（上海）股份有限公司（AMEC）和上海微電子裝備（集團(tuán)）股份有限公司（SMEE）是主要的參與者。此外，中國(guó)科學(xué)院微電子研究所也在這一領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)。

上海微電子裝備（集團(tuán)）股份有限公司曾完成國(guó)內(nèi)首臺(tái)氟化氬（ArF）光刻機(jī)研制，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品流片。并且早在2023年初，市場(chǎng)就有傳言上海微電子已經(jīng)開(kāi)始著手第二代浸沒(méi)式光刻機(jī)的研發(fā)。

近日，荷蘭政府表示將擴(kuò)大光刻機(jī)出口管制范圍。荷蘭將與美國(guó)的管制要求“對(duì)齊”，兩款中端浸沒(méi)式DUV光刻機(jī)要對(duì)外出口（NXT:1970i和NXT:1980i），須事先向荷蘭政府申請(qǐng)出口許可證。9月8日，中國(guó)商務(wù)部新聞發(fā)言人回應(yīng)稱，荷方在2023年半導(dǎo)體出口管制措施的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)大對(duì)光刻機(jī)的管制范圍，中方對(duì)此表示不滿。近年來(lái)，美國(guó)不斷泛化國(guó)家安全概念，脅迫個(gè)別國(guó)家加嚴(yán)半導(dǎo)體及設(shè)備出口管制措施，嚴(yán)重威脅全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈穩(wěn)定，中方對(duì)此堅(jiān)決反對(duì)。

一邊是境外封鎖，一邊是我國(guó)在自主研發(fā)的光刻機(jī)領(lǐng)域不斷取得進(jìn)展，這些突破對(duì)于我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義，有助于減少對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴，提升我國(guó)在芯片制造領(lǐng)域的自主能力。

一，核心的技術(shù)指標(biāo)是什么？

“分辨率≤65nm，套刻≤8nm”處在什么技術(shù)水平上呢？

衡量光刻機(jī)性能好壞通常依據(jù)三大核心技術(shù)指標(biāo)：光學(xué)分辨率、套刻精度以及產(chǎn)能。

隨著時(shí)間推移和技術(shù)進(jìn)步，光刻機(jī)的各項(xiàng)核心技術(shù)指標(biāo)顯著提升。例如，從最早的I線光刻機(jī)開(kāi)始，其光學(xué)分辨率從最初的350納米逐步進(jìn)化 至110納米、80納米、65納米、57納米、甚至到 達(dá)38納米（DUV光刻機(jī)的極限）。

與此同時(shí)，套刻精度也相應(yīng)從20納米提高至1.3納米、1.5納米及1.1納米。值得注意的是，不同的光刻機(jī)型號(hào)之間不僅在光學(xué)分辨率上有較大差異，其套刻精度 也有明顯區(qū)別，從而決定了最終可實(shí)現(xiàn)的工藝支撐極限。

影響光學(xué)分辨率的核心因素主要包括波長(zhǎng)和數(shù)字孔徑（NA）。光學(xué)分辨率可通過(guò)減小波長(zhǎng)或增大NA來(lái)改善。其中，縮短波長(zhǎng)是首要方法，已從最初的365納米逐漸縮短至13.5納米，這一過(guò)程主要通過(guò)引入EUV（極紫外）技術(shù)實(shí)現(xiàn)。此外，增加數(shù)字孔徑同樣能有效提升光學(xué)分辨率， 雖然單個(gè)數(shù)字孔徑的理論極限是一，但在引入水作為介質(zhì)后，數(shù)字孔徑實(shí)際可達(dá)約1.35，成為 DUV光刻機(jī)能達(dá)到的光學(xué)分辨率上限。這意味著在特定波長(zhǎng)條件下，通過(guò)優(yōu)化光路設(shè)計(jì)和材料選擇等手段，已經(jīng)接近并逼近了38納米的光學(xué)分辨率極限。

套刻精度（over-night）是光刻機(jī)中的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，它決定了每次曝光之間物理位移的最小誤差，直接影響著多層曝光工藝的質(zhì)量和效率。理論而言，模板與晶圓上的圖案應(yīng)完全重合，但實(shí)際上總會(huì)存在物理和機(jī)械誤差導(dǎo)致套刻精度受限。隨著工藝節(jié)點(diǎn)的不斷縮放至14納米、 10納米、7納米乃至5納米，多重曝光成為必要手段。然而，每一次曝光都會(huì)引入套刻誤差，且誤差越大需要進(jìn)行更多次曝光，從而引發(fā)良率下降及工藝制程的局限性。

除了套刻精度外，產(chǎn)能也是衡量光刻機(jī)性能的重要指標(biāo)，即每小時(shí)能夠生產(chǎn)的芯片數(shù)量。不同型號(hào)的光刻機(jī)對(duì)應(yīng)著不同的產(chǎn)能水平。提高產(chǎn)能意味著單位時(shí)間內(nèi)制造出更多的芯片，從而帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

二，阿斯麥技術(shù)演化進(jìn)程如何？

國(guó)際領(lǐng)先的阿斯麥最新產(chǎn)品能達(dá)到什么水平呢？

在阿斯麥光刻機(jī)的發(fā)展歷程中，不僅注重光學(xué)分辨率和套刻精度的技術(shù)進(jìn)步，同時(shí)也持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)能設(shè)計(jì)，使其能夠在保證精度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

阿斯麥光刻機(jī)在其進(jìn)化過(guò)程中，既關(guān)注縱向的技術(shù)進(jìn)步（例如由I線DUV進(jìn)化到AIFI，光學(xué)分辨率 逐漸提升），也注重橫向改進(jìn)，例如套刻精度 （從2.5納米到1.3納米）的不斷提高，以及產(chǎn)能 的逐步增加（例如從1980DI的2.5納米和 2.5wafer/hour，進(jìn)化到2050F的1.3納米和 4.5wafer/hour）。

此外，對(duì)于EUV光刻技術(shù)， 阿斯麥也在不斷研發(fā)新的型號(hào)。如高數(shù)值孔徑 (High-NA) 極紫外 (EUV) 光刻機(jī)， 其NA值已從0.33提升至0.55，分辨率從13納米降至8納米，并承諾未來(lái)將進(jìn)一步優(yōu)化套刻精度和產(chǎn)能，有望突破2納米甚至更小的工藝節(jié)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn) 8納米制程對(duì)于制造計(jì)劃在 2025-2026 年上市的 3nm 以下制程芯片至關(guān)重要。高數(shù)值孔徑 EUV 技術(shù)的引入將消除對(duì) EUV 雙重曝光的需求，從而簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程、有可能提高產(chǎn)量并降低成本。

從商業(yè)的角度看，盡管ASML被美國(guó)施壓，不被允許出口到中國(guó)，但中國(guó)地區(qū)銷售額占據(jù)ASML半壁江山。

ASML的產(chǎn)品由低端到高端排序的I-line(能做到的最先進(jìn)制程也才350nm)、KrF、ArF-Dry、ArFi、EUV折合人民幣的最新單價(jià)大概為:5000萬(wàn)、1億、2.4億、6億、15億，最先進(jìn)的High NA EUV單價(jià)賣到28億人民幣。

2024Q1，ASML中國(guó)地區(qū)銷售額占比49%;2024Q2，中國(guó)地區(qū)銷售額繼續(xù)維持49%的比例——這是因?yàn)锳SML賣的并不都是最頂尖的EUV光刻機(jī)。Q2以銷售額論，ArFi占比50%，超過(guò)EUV的31%。若是以機(jī)臺(tái)數(shù)論，2402EUV銷售8臺(tái)，占比總臺(tái)數(shù)100臺(tái)僅8%。

值得一提的是，ASML最先進(jìn)的High NA EUV，并沒(méi)有用在擁有全球最先進(jìn)工藝制程的臺(tái)積電。ASML已經(jīng)出貨的兩臺(tái)High NA光刻機(jī)，目前一臺(tái)在Intel，一臺(tái)在ASML-imec(比利時(shí)微電子研究中心)聯(lián)合演示實(shí)驗(yàn)室。

三，對(duì)標(biāo)阿斯麥我們處在什么水平？

讓我們?cè)倩氐角懊娴谝粋€(gè)問(wèn)題。

國(guó)產(chǎn)65nm 干式氟化氬光刻機(jī)分辨率≤65nm，套刻≤8nm。

這臺(tái)光刻機(jī)是ArF技術(shù)，套刻也就是層與層之間的分辨率為8nm，每一層的精度為65nm，性能比較接近的是——阿斯麥2005年發(fā)布的ArF-Dry系列65nm的光刻機(jī)1460K，套刻精度為3.5和5.0nm，比套刻精度8nm要先進(jìn)那么一點(diǎn)點(diǎn)。

在這之后，阿斯麥就全面轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到ArFi了。說(shuō)明65nmArF，已經(jīng)接近ArF的極限。

換句話說(shuō)，盡管而國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)目前還處于DUV階段，但已經(jīng)接近DUV光刻機(jī)的高端行列，有可能“吃掉”阿斯麥在中國(guó)內(nèi)地ArF及以下全部的市場(chǎng)。但就目前的情況來(lái)看，阿斯麥主要營(yíng)收中ArF及以下的占比不大（見(jiàn)下圖），對(duì)阿斯麥營(yíng)收的影響微乎其微。

不過(guò)，更深刻的影響體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)層面。

按套刻精度與量產(chǎn)工藝1:3的關(guān)系，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)大概可以量產(chǎn)28nm工藝的芯片。這意味著28nm以上制程的成熟芯片有望實(shí)現(xiàn)全流程國(guó)產(chǎn)化，在中低端芯片市場(chǎng)上，中國(guó)的量產(chǎn)能力將不再受西方的制約。

中國(guó)科益虹源公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的首臺(tái)高能準(zhǔn)分子激光器，填補(bǔ)了中國(guó)在準(zhǔn)分子激光技術(shù)領(lǐng)域的空白。

在涂膠顯影設(shè)備方面，芯源微電子設(shè)備推出了首臺(tái)浸沒(méi)式高產(chǎn)能涂膠顯影機(jī)，可滿足國(guó)內(nèi)28nm及以上所有工藝節(jié)點(diǎn)的生產(chǎn)線對(duì)T RACK的要求，能配合各種主流光刻機(jī)量產(chǎn)。

……

這些消息綜合起來(lái)，我們可以下個(gè)結(jié)論：中國(guó)內(nèi)地在光刻機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)具備了快速發(fā)展的基礎(chǔ)，光刻技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步形成。

（內(nèi)地上市部分光刻機(jī)概念股）

四，對(duì)多重曝光技術(shù)仍然依賴

不得不承認(rèn)的是，由于我國(guó)本土晶圓廠無(wú)法采購(gòu)到ASML的EUV光刻機(jī)(2024年起NXT:2000i及更高端型號(hào)的Ari光刻機(jī)進(jìn)口也受到限制)，將邏輯制程推進(jìn)到7nm或更先講制程而臨巨大挑戰(zhàn)，因此過(guò)去國(guó)內(nèi)邏輯制程的擴(kuò)產(chǎn)主要圍繞28nm左右的成熟制程。

就遠(yuǎn)期前景和先進(jìn)制程而言，EUV光刻機(jī)的缺失，意味著國(guó)內(nèi)晶圓廠需要依賴多重曝光技術(shù)來(lái)擴(kuò)充14-7nm甚至7nm以下制程的產(chǎn)能。

多重曝光(multiple patterming)技術(shù)能夠通過(guò)降低光刻瑞利準(zhǔn)則中的工藝因子k1來(lái)提高光刻機(jī)分辨率，對(duì)IC制程微縮起到重要作用。多重曝光能將光刻圖形拆分到多個(gè)光掩模上，通過(guò)多次曝光降低線寬，具體包括LELE、LELELE以及自對(duì)準(zhǔn)雙重/四重圖形技術(shù)(SADP/SAQP)。

由于多次曝光存在對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，最終精度和良率顯著受到光刻機(jī)套刻粉度上限的約束，為解決這一問(wèn)題，自對(duì)準(zhǔn)雙重或者四重圖形技術(shù)(SADP/SAOP)被提出并應(yīng)用于光刻工藝，利用自對(duì)準(zhǔn)特性實(shí)現(xiàn)2倍14倍的圖案密度。

截至目前，1.35NA的ArFi光刻機(jī)單次曝光至多能夠?qū)崿F(xiàn)28nm制程節(jié)點(diǎn)，ArFi+雙重曝光可實(shí)現(xiàn)22-14nm制程節(jié)點(diǎn)，ArFi+三重/四重曝光技術(shù)可達(dá)到10-5nm。

由于依然依賴多重曝光技術(shù)來(lái)擴(kuò)充先進(jìn)制程產(chǎn)能，從而對(duì)刻蝕和薄膜沉積設(shè)備產(chǎn)生額外的采購(gòu)需求。基于這一邏輯，投資者不妨關(guān)注北方華創(chuàng)、中微公司、拓荊科技、微導(dǎo)納米。

五、港股市場(chǎng)相關(guān)概念股

港股市場(chǎng)上的中芯國(guó)際（00981）和華虹半導(dǎo)體（01347）也均在光刻機(jī)研發(fā)方面有所投入，致力于提升國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控能力。相關(guān)標(biāo)的如下：

中芯國(guó)際(00981):

第二季度營(yíng)收19.01億美元，同比增長(zhǎng)21.8%;第二季度凈利潤(rùn)1.65億美元，同比下降59%。其中，凈利數(shù)據(jù)要遠(yuǎn)超倫交所調(diào)查分析師預(yù)期的1.038億美元。第三季度中芯國(guó)際給出的收入指引是環(huán)比增長(zhǎng)13%—15%(預(yù)計(jì)營(yíng)收21.48億—21.86億美元之間)，毛利率介于18%—20%的范圍內(nèi)。

華虹半導(dǎo)體(01347):

二季度產(chǎn)能利用率較上季度進(jìn)一步提升，已接近全方位滿產(chǎn)，公司第二條12英寸生產(chǎn)線的建設(shè)正在緊鑼密鼓地推進(jìn)中，預(yù)計(jì)年底前可以試生產(chǎn)。并且總裁明確表示半導(dǎo)體市場(chǎng)正在經(jīng)歷從底部開(kāi)始的緩慢復(fù)蘇，在經(jīng)歷了數(shù)個(gè)季度的持續(xù)疲軟后，市場(chǎng)在部分消費(fèi)電子等領(lǐng)域的帶動(dòng)下出現(xiàn)了企穩(wěn)復(fù)蘇信號(hào)。

上海復(fù)旦(01385)：

公司擁有千萬(wàn)門級(jí)FPGA、億門級(jí)FPGA、十億門級(jí)及PSoC共四大系列數(shù)十款產(chǎn)品，具備全流程自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)FPGA配套EDA工具ProciseTM，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的可編程器件芯片供應(yīng)商。公司作為行業(yè)極少數(shù)國(guó)產(chǎn)FPGA供應(yīng)商之一，將充分受益下游市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化帶來(lái)的需求體量，發(fā)展前景廣闊。

ASM太平洋(00522)：

公司是全球首個(gè)為半導(dǎo)體封裝及電子產(chǎn)品生產(chǎn)的所有工藝步驟提供技術(shù)和解決方案的設(shè)備制造商，包括從半導(dǎo)體封裝材料和后段(芯片集成、焊接、封裝)到SMT工藝。

要提醒投資者的是，中芯和華虹這種半導(dǎo)體行業(yè)的重要標(biāo)的，日成交活躍，沒(méi)有流動(dòng)性隱憂，向來(lái)是“不見(jiàn)兔子不撒鷹”的風(fēng)格，股價(jià)表現(xiàn)與業(yè)績(jī)和管理層指引展望的相關(guān)性非常高。

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