在海外的Quora论坛上,一位美国网友发帖质问:没有得到美国批准,中国怎么敢自己动手开发深紫外光刻机?这番言论里带着一种老习惯的优越感,就像技术的创新得先请示似的。
实际上,中国半导体行业早就不再是被动挨打的角色了,而是凭借实际行动,慢慢打造出一套属于自己的自主可控生态圈。深紫外设备作为芯片制造的关键工具,研发速度也在加快,从光源到曝光系统的每个环节都得看到咱们本土力量的坚韧不拔。
这场技术比拼,不光是设备的问题,还关系到全球供应链的稳定与平衡。
到2025年,全球半导体市场规模已经突破了五千亿美元,而中国大陆占了大约四成左右,设备采购额每年超过了三五十亿美元。DUV光刻设备主要用在28纳米以上那些成熟工艺上,广泛应用于汽车电子、物联网以及功率器件等方面,这些行业对需求挺大,而且对成本挺挑剔的。
荷兰的ASML公司一直在高端市场占据垄断地位,尤其是其DUV系统在全球的销量几乎占到70%。不过,从2018年开始,美国商务部就通过实体清单和外国直接产品规则,逐步收紧了对中国的出口限制。
到了2024年伊始,美国提出让荷兰暂停向中国出口NXT2050i和NXT2100i这两款特定的DUV设备,主要是担心它们可能被用在军事领域里。
到了2025年,限制措施越发严格:1月15日,美国工业与安全局又把25家中国公司列入了黑名单,主要是光刻有关的企业;9月6日,美国颁布新规,把3纳米以下的设备和量子部分也列入限制范围,还新增了北方华创等140家企业。这一系列动作,直接让ASML的维修服务延期,软件更新受阻,中国的进口花费也涨了50%以上。
荷兰政府也跟着出手了,到了2025年9月,开始严格审批先进DUV系统的出口,规定更严了。日本则把“最终用户清单”也更新了,把光刻胶和高纯氟化氢这类材料的管控力度增强。虽然说这些措施的目的在于限制中国的先进工艺,但实际上,也让成熟节点的产能受到了不小的影响。
ASML在2025年第三季度对华销售额占比跌破20%,之前还达过42%的高点,现在掉了不少。公司对全年营收的预估也做了调整,目标在300亿到350亿欧元之间,毛利率则维持在51%到53%这个区间。
中国企业遇上设备紧张的问题,每年需要超过50台DUV,进口设备交货还要等长达18个月,让不少企业不得不自己动手搞资源整合。国家集成电路产业投资基金三期已经投了超过3000亿元,专门帮忙攻关光源和光学技术。上海微电子还跟华为、中芯国际组成了联合团队,专注于开发浸没式系统,事儿挺大。
美国领导下的限制措施,并不是突然冒出来的,而是经过长时间布局的战术步骤。从2019年组建“Chip 4”联盟,拉拢日韩,开始逐步推进,直到2022到2024年经历了三轮升级扩展,内容也不断拓宽,从AI芯片到制造设备都在范围内。到了2025年5月,甚至把华为的昇腾芯片在全球范围的使用都定为违规,动作一直在持续推进。
这些措施的目标是阻断中国在7纳米及以下制程的技术突破,不过也暴露出了它们的弱点:ASML依赖美国Cymer的光源,限制销售反而导致自身受损,到2025年库存周转率降到最低点。中国加快自主研发深紫外(DUV)技术,这并不是为了直接对抗,而是考虑到14亿人口市场的实际需求以及产业安全的考虑。
DUV主要采用193纳米波长,通过浸没技术提升分辨力,满足从28纳米到7纳米的制程需求,成本比EUV更划算,特别适合大批量生产消费电子和功率芯片。
在全世界范围内,只有中国、日本和荷兰这三个国家掌握着核心技术。中国的做法偏向于本土化优化,避免照搬ASML激光产生等离子体的方案,而是转向使用激光诱导放电等离子体的方法,设计上更简便一些,也减少了对进口铍铝合金的依赖。
上海微电子的SSX600系列在2023年实现了90纳米量产,套刻精度达到了8纳米,运动精度则达到了2纳米,这基本对应了ASML在2006年推出的XT水平。那会儿,光源的效率只有1%,分辨率还在110纳米以上,基本难以满足中芯国际14纳米试产的需求。
到2024年,工信部在9月15日公布了《首台套重大技术装备推广目录》,里面提到KrF光刻机的分辨率低于或等于110纳米,套刻精度能达到25纳米,ArFi的分辨率则在65纳米以下,套刻可以实现8纳米。这些数字代表着从i线向DUV的技术升级,光源的功率提升到80瓦,匀光效率达到2.3%,设备体积缩小了30%,能耗也下降了45%。
套刻技术由15纳米降低到8纳米,配合双重曝光技术,等效达到45纳米,成本节省了25%。SSA800系列使用193纳米光源,通过自对准四重图案化工艺,将28纳米工艺扩展到7纳米试产,良率也从60%提高到75%。
这和ASML NXT1470的57纳米分辨率、4.5纳米的套刻技术不一样,虽然中国的分辨率稍微差点儿,但多重曝光的效果差不多,基本能满足中芯的N+1工艺需求。
过去一直靠一家企业,周期长到五年,国产化率大概70%。到了2025年3月,中科院固态激光成功输出了193纳米的光束,功率在70毫瓦到100瓦之间,频率达6千赫兹,虽然离ASML的8到9千赫兹还差不少,但输出水平差不多了。哈工大开发的13.5纳米DPP光源原型,功率50瓦,反射镜那部分用了进口蔡司的,但气浮轴承的转向已经开始用国产替代了,精度达到了2纳米。
长春光机所的物镜分辨率,从65纳米提升到了45纳米,表面粗糙度还达到了0.2纳米。采用离子束抛光取代了传统蚀刻工艺,反射率也提高了15%。启尔机电的浸液系统精度,从5纳米降低到1.5纳米,曝光的均匀性提高了20%。
在联合体机制推动下,到2025年1月,上海微电子、华为和中芯共同组建了“光刻技术创新联合体”,目的是整合徐州博康的EUV光刻胶(具有60%的成本优势)以及测试线资源。
国产设备的使用比例从70%提升到90%,年产能也从30台增加到50台。清华大学研发的双工件台,精度达到2纳米,每小时能处理200片晶圆,虽然比ASML的NXT2000i效率低大概10%,但成本只有它的三分之一。新凯来在3月26日发布了多款新设备,都是以ASML为基准,因此导致ASML的股价下跌了10%。
中国的DUV在分辨率上比ASML落后一代(65纳米对比38纳米NXT2100i),不过通过多重曝光技术弥补了这一差距:ASML每次能达到38纳米,而中国采用四次曝光相当于7纳米,虽然成本高出三倍,但灵活性强得多。ASML的High-NA EUV价格高达1.5亿美元,而中国的DUV设备只要2000万美元,带动新能源汽车的自给率从40%提升到70%。
在软件控制方面,ASML有好几十个子系统,而国内的算法达到纳秒级别的时序精度,达95%,使用AI优化调试,一下子缩短了30%的时间。到2025年9月17日,中芯和宇量昇合作测试的DUV设备采用了全浸没技术,大部分零件都是国产的,分辨率达到28纳米,良品率也提升到85%。
宇量昇成立了三年,采用了简化的LDP路径来光源,稳定性达到了99%。在四重曝光技术下,成功试产了7纳米,5纳米的良品率是33%。不过,成本比台积电高出了百分之五十。
从实验室到中试阶段,光源的效率从1%提高到了2.3%,镜面污染减少了30%。跟65纳米ArFi相比,浸液的精度达到了1纳米,曝光面积为26×33毫米,还能支持封装光刻。
上游方面,光刻胶的国产比例提升了20%,晶瑞ArF胶的分辨率达到了38纳米,成功取代了JSR。在中游环节,新凯来正与华为合作开发,推动整机集成。而到2025年3月峰会之后,ASML的股价从674欧元下降到了605欧元。至于下游部分,中芯的产能达到92.5%,华虹则是108.3%,此外,DUV测试推动了AI供应链的增长,年增长速度在20%左右。
市场的容量还能支撑:每年需求大约50台,ASML推迟了18个月,本土企业在赶上填补空缺。之前主要靠进口维修,预计到2025年,北京的ASML中心会扩建起来,但自我维护能力的提升也能帮中国减少风险。
在政策层面,工信部对首台套目录补贴的验证工作进行中。技术参数也有升级,从90纳米缩小到28纳米,干涉刻蚀达8纳米,运动精度提升到2纳米,光源输出由50瓦提高到80瓦,效率达2.3%。体积缩小30%,能耗降低45%。跟ASML NXT870B相比,分辨率为38纳米,套刻精度为1.3纳米,虽然中国设备在精度上还略逊一筹,但成本则低了约三成,达到了多重等效7纳米水平,满足了95%的成熟制造需求。
再往后看,到了2025年11月的进博会,ASML会展出XT260封装型和NXT870B前道型设备。中国宇量昇曝光技术也跟进,差不多,但缩小比例达到了3.5倍,掩模的花费也降低了15%。
软件方面的AI预测显示,调试时间由原本的一个月压缩到一周左右;光源部分,固态技术逐渐取代了准分子类型,稳定性达到了99.99%,频率方面,6kHz已经接近8kHz的水平;功率方面,100W还稍微落后了30%。
中科院的量子光刻技术,分辨率达5纳米,稳定性达到99%,主要用作储备;在芯片设计上,Chiplet技术已应用,华为的鲲鹏920采用28nm+14nm异构架构,性能接近7nm水平;国产芯片的依赖度大概在90%,年产能大约50台左右,成本优势让我们从追赶变成了并跑。
在压力之下,中国选择了务实的道路进行不断改进,弥补禁售带来的空白,推动自主创新和自我发展。
到2025年11月23日,国产DUV已完成中试阶段。9月17日,中芯成功测试了宇量昇,分辨率达到28纳米,良率达85%,四重技术实现7纳米。新凯也开始试产,预计到2026年交付100台。
光刻胶的成本下降了60%,国产化率提升了20%。在全球范围内,中国开始转向出口,预计到2027年,国产比例将达40%,可以满足95%的需求,确保AI产业链的安全,增速超过20%,而新能源汽车和物联网行业也都将从中受益。
这次从论坛上的质疑到产业实际验证的转变,折射出中国科技自立自强的决心。DUV研发的每一次升级,都在证明:自主研发不是应付一下,而是真正的长久布局。
