華為這是要開始自研光刻機(jī)了？擺脫對(duì)ASML的依賴？

近期，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公布了華為的一項(xiàng)新專利“反射鏡、光刻裝置及其控制方法”(CN115343915A)，與EUV(極紫外)光刻機(jī)有關(guān)。這無疑是一利好消息，外界紛紛猜測(cè)，華為這是要開始自研光刻機(jī)了？擺脫對(duì)ASML的依賴？

圖源：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)

眾所周知，荷蘭公司ASML壟斷了全球高端芯片的光刻技術(shù)，該公司最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)已成為半導(dǎo)體大規(guī)模量產(chǎn)和工業(yè)化不可或缺的設(shè)備，可以制造出7nm、5nm，甚至更先進(jìn)制程的芯片。疊加美國(guó)對(duì)華技術(shù)封鎖的打壓下，華為高端芯片的量產(chǎn)就此停滯。

目前中國(guó)大陸的芯片和光刻機(jī)的制造能力，要比世界先進(jìn)水平落后一大截，不是一時(shí)半會(huì)就能夠追上的。以最直接的芯片制造工藝來說，目前國(guó)際最先進(jìn)的臺(tái)積電已經(jīng)能夠量產(chǎn)5nm制程的芯片，而大陸最先進(jìn)的中芯國(guó)際只能量產(chǎn)14nm制程的芯片，中間差了3代的差距。

盡管華為很早就意識(shí)到自研芯片的重要性，斥巨資成立海思半導(dǎo)體芯片研發(fā)部門，經(jīng)過多年潛心研發(fā)，其5nm海思麒麟系列芯片可謂達(dá)到世界領(lǐng)先水平。但是，再?gòu)?qiáng)大的芯片無法被量產(chǎn)出來，也是紙上談兵。如今關(guān)于光刻機(jī)相關(guān)專利的出爐，華為是否能一舉扭轉(zhuǎn)被卡脖子的困境呢？

國(guó)內(nèi)光刻機(jī)水平發(fā)展到哪一步了？

全球之所以僅有荷蘭ASML一家企業(yè)能生產(chǎn)出EUV光刻機(jī)，而我國(guó)迄今為止一臺(tái)EUV光刻機(jī)也造不出來，原因就在于EUV光刻機(jī)的制造工藝極其復(fù)雜。據(jù)悉，EUV光刻機(jī)集合了全球多個(gè)科技強(qiáng)國(guó)的頂尖技術(shù)與硬件，由多家巨頭公司合力研發(fā)，光零部件就有10萬(wàn)個(gè)左右，一年也就只能生產(chǎn)十幾臺(tái)。

同時(shí)需要認(rèn)清的是，高端光刻機(jī)的研發(fā)制造是一個(gè)需要長(zhǎng)期投入的事情。事實(shí)上，這并不是華為第一次申請(qǐng)與光刻機(jī)相關(guān)的專利了。早在2016年，未雨綢繆的華為就躬身入局自研光刻機(jī)，并在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局上公布了“一種光刻設(shè)備和光刻系統(tǒng)”的專利項(xiàng)目，從那時(shí)開始，華為已經(jīng)開始著手光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的研發(fā)。

EUV光刻機(jī)制造涉及產(chǎn)業(yè)鏈非常多，涉及精密光學(xué)、精密運(yùn)動(dòng)、高精度環(huán)境控制等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。華為也并非“孤軍作戰(zhàn)”，國(guó)內(nèi)光刻機(jī)研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈條已經(jīng)初具模型，也有不少相關(guān)廠商在EUV光刻機(jī)領(lǐng)域取得了階段性突破。 在光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈上游，有做光源系統(tǒng)的科益虹源，還有做物鏡系統(tǒng)的國(guó)望光學(xué)，做曝光光學(xué)系統(tǒng)的國(guó)科精密，做雙工作臺(tái)的華卓精科，做浸沒系統(tǒng)的啟爾機(jī)電。此外，還有一批做光刻配套設(shè)備設(shè)施的科技公司，例如光刻膠、光刻氣體、光掩膜版、光刻機(jī)缺陷檢測(cè)設(shè)備、涂膠顯影設(shè)備等。 在光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈中游，整機(jī)生產(chǎn)方面，上海微電子是目前國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的設(shè)備廠商。據(jù)悉，上海微電子也于今年正式通過了28nm光刻機(jī)的技術(shù)檢測(cè)和認(rèn)證，并最快將于2023年向國(guó)內(nèi)芯片制造企業(yè)交付28nm光刻機(jī)等。 在光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈下游，中芯國(guó)際是中國(guó)大陸技術(shù)最先進(jìn)、規(guī)模最大、配套服務(wù)最完善的專業(yè)晶圓代工廠企業(yè)，可以提供0.35微米至14nm多種技術(shù)節(jié)點(diǎn)、不同工藝平臺(tái)的集成電路晶圓代工及配套服務(wù)。 所以，造出高端光刻機(jī)并非幾家巨頭的事情，而是需要更多的科研工作者的投入，需要成千上萬(wàn)的優(yōu)秀廠家提供零件和技術(shù)支撐。對(duì)于光刻機(jī)技術(shù)的突破或許只是時(shí)間早晚問題，更重要的是國(guó)內(nèi)需要有華為這樣的領(lǐng)頭羊企業(yè)聯(lián)合起來共同打破技術(shù)壁壘，帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)步。

芯片量產(chǎn)非EUV不可？

此外，在探索造芯的途中，華為不遺余力，也曾另辟蹊徑想要探索出一種無需EUV光刻機(jī)就能造芯的方案。于是，華為申請(qǐng)了芯片堆疊技術(shù)的專利。其設(shè)計(jì)思路是將兩枚芯片采用上下堆疊的方式進(jìn)行封裝，采用面積換性能，能夠?qū)?4nm芯片性能提升至7nm。 華為在11月還公布了一項(xiàng)與“超導(dǎo)量子芯片”有關(guān)的技術(shù)專利，該專利簡(jiǎn)單來說就是降低量子比特之間的串?dāng)_，提升計(jì)算速度，加強(qiáng)精算精度，避開了光刻機(jī)的限制。華為在“量子芯片”領(lǐng)域，已做了多年的布局。據(jù)了解，華為在2017年就開始投入研發(fā)，并已取得了不少專利技術(shù)，比如，今年6月份，華為也公布了專利技術(shù)：“一種量子芯片和量子計(jì)算機(jī)”。 去年，華為還公開一項(xiàng)“光計(jì)算芯片、系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)”的發(fā)明專利，屬于光子芯片技術(shù)的一種，光子芯片即采用光數(shù)據(jù)信號(hào)處理數(shù)據(jù)的芯片。不同于采用硅片為基礎(chǔ)材料的傳統(tǒng)電子芯片，光子芯片主要是以Inp、GaAS等二代化合物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)材料，不僅能避開摩爾定律帶來的物理極限，而且其制造門檻也更低，同樣無需使用EUV光刻機(jī)。 無論是芯片堆疊、量子芯片，還是光子芯片技術(shù)的布局，可以看出，華為一直在做著兩手準(zhǔn)備，一邊攻克光刻機(jī)制造技術(shù)，一邊試圖研發(fā)“去EUV化”的造芯方案。不過，考慮到現(xiàn)實(shí)差距，兩條路線都將是漫長(zhǎng)并充滿挑戰(zhàn)的。

● 首先，荷蘭ASML的EUV光刻機(jī)生產(chǎn)工藝成熟，技術(shù)壁壘高，它的生產(chǎn)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，其中每一個(gè)重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵步驟都有自己的專利布局。當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手將所能申請(qǐng)的專利挖掘殆盡之后，后來者的發(fā)揮空間基本被壓縮完畢。即便是有朝一日華為及國(guó)內(nèi)眾優(yōu)秀廠商能全面掌握一系列核心技術(shù)，在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手壘起的專利高墻面前，每前進(jìn)一步，或?qū)⒚媾R侵權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)。

● 其次，“去EUV化”的造芯方案，看似是一條曲線救國(guó)之路，但是其研發(fā)制造難度高、投入和不確定性也較大，產(chǎn)品良率更是個(gè)關(guān)鍵問題。例如，就光子芯片而言，它需要相當(dāng)成熟的設(shè)計(jì)流程和生產(chǎn)工藝，其工序難點(diǎn)涉及到MOCVD外延生長(zhǎng)、光柵工藝、光波導(dǎo)工藝、金屬化工藝、端面鍍膜、自動(dòng)化芯片測(cè)試、可靠性測(cè)試驗(yàn)證等環(huán)節(jié)。而這些涉及高技術(shù)門檻的工藝環(huán)節(jié)，尚需要更多時(shí)間來打磨上下游產(chǎn)業(yè)鏈。不過，目前來看，這些新興技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)壁壘還沒完全形成，國(guó)內(nèi)也有足夠的時(shí)間去完善基礎(chǔ)領(lǐng)域的供應(yīng)鏈。

前途是光明的，道路是曲折的。相信隨著國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)專利和經(jīng)驗(yàn)慢慢積累，打破技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)自主可控是遲早的事。期待華為海思麒麟芯片“王者歸來”的那一天。關(guān)于華為造芯之路，你怎么看呢？歡迎文末留言討論。

審核編輯 ：李倩