6月17日，A股芯片股全線大漲，多只股票漲停或封板，科創(chuàng)50指數(shù)漲幅也一度擴大至5%。芯片股成了當天資本市場的主角。
同時，從去年開始，社會各路資本流入國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的資金不在少數(shù)，據(jù)云岫資本統(tǒng)計，2020年半導體行業(yè)一級市場的投資金額超過1400億元人民幣，相比2019年約300億人民幣的投資額，增長近4倍，這也是中國半導體一級市場有史以來投資額最多的一年。
而在這中間，最受人們關(guān)注的投資動向和科研突破進展當屬光刻機領(lǐng)域。
“A License to Print Money。”
為光刻機行業(yè)的巨人ASML公司撰寫傳記的荷蘭作家瑞尼·雷吉梅克曾這樣形容光刻機，一臺只要運轉(zhuǎn)起來就能7x24小時印錢的機器。
從它的工藝流程來說，把它喻為人類頂尖工業(yè)皇冠上的又一明珠絲毫不過。而更重要的，是在中國的本土語境下，光刻機為公眾所知更多是因為，它是中國芯片產(chǎn)業(yè)遭國外技術(shù)設(shè)備“卡脖”的關(guān)鍵。
這使得人們都會垂涎光刻機創(chuàng)造的利潤，但巨大的技術(shù)門檻，也使得沒有哪個商人會貿(mào)然進入這個行業(yè)——在去年這1400億的投資金額中，實際流入半導體設(shè)備和材料的資金加起來并未超過20%，若僅看光刻機所屬的半導體設(shè)備領(lǐng)域，占比則更低，近70%的社會資金流入的仍是IC設(shè)計領(lǐng)域。
不過這也在發(fā)生變化。
近日，一項圍繞國產(chǎn)光刻設(shè)備“卡脖”攻防的消息吸引了長期關(guān)注芯片產(chǎn)業(yè)的人士，華為哈勃投資了中科院旗下的北京科益虹源光電技術(shù)有限公司。其中焦點就在于投資主體和被投資主體，其身份都具有一定特殊性。
華為不需要額外介紹，在歷經(jīng)2018年美國針對華為的系列禁令后，2019年4月，華為打破任正非定下的“不投供應商”的原則，7億人民幣在深圳注冊了哈勃科技投資有限公司，開始有規(guī)律的在半導體領(lǐng)域進行投資布局。
科益虹源則是華為海思打破“卡脖”的重要一環(huán)。科益虹源這家公司來頭可不簡單，它是北京國資委旗下的企業(yè)，在2016年7月，由中國科學院光電院、中國科學院微電子研究所、北京亦莊國際投資有限公司、中科院國有資產(chǎn)經(jīng)營有限公司共同投資創(chuàng)立。其關(guān)鍵在于，科益虹源是中國唯一、世界第三具備高端準分子激光技術(shù)的公司。
高端準分子激光器是生產(chǎn)光刻機所需的核心器件，華為投資科益虹源，可謂是在海思麒麟被“卡脖”的關(guān)鍵技術(shù)上進行投資。可想而知，這類投資的門檻也相對較高，科益虹源不會輕易接受社會資本的注入，更重要的是，科益虹源是負責國家“02專項”研發(fā)突破的重點公司之一。
所謂“02專項”即國務院2006年發(fā)布的《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006--2020年)》，《綱要》在高科技領(lǐng)域中劃出了16個重大專項，其中，有關(guān)芯片制造的“極大規(guī)模集成電路制造技術(shù)及成套工藝”項目排在第2位，因此行業(yè)內(nèi)將之稱為“02專項”，其重點是對22-45nm芯片制造裝備進行研發(fā)突破。
《綱要》中的“01專項”——核高基專項，也和芯片有關(guān)，其全稱為“核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件”專項。可以看出，01專項側(cè)重于芯片設(shè)計和包括EDA在內(nèi)的軟件開發(fā)，02專項則偏向于半導體制造設(shè)備，如光刻機、刻蝕機等。在IC設(shè)計上，我國已經(jīng)誕生了華為海思、紫光展銳等較強的芯片設(shè)計企業(yè)，但在“02專項”涉及的芯片制造和材料工藝上，突破也開始出現(xiàn)。
在此次投資中，華為占科益虹源股份股4.76%，目前，科益虹源正承擔著國家“02重大專項浸沒光刻光源研發(fā)”、“02重大專項核心零部件國產(chǎn)化能力建設(shè)”以及“02重大專項集成電路晶圓缺陷檢測光源”等國家專項。
其實除了科益虹源，還有著一批國內(nèi)企業(yè)承擔著國家“02專項”上的研發(fā)項目。如，上海微電子裝備集團負責光刻機整機;中科院長春光機所、上海光機所、國科精密負責光刻機曝光光學系統(tǒng);清華大學以及華卓精科負責雙工件臺系統(tǒng);浙江啟爾機電負責DUV光刻機液浸系統(tǒng)等等。
近年來，承擔著國家“02專項”的不少企業(yè)也紛紛傳來研究成果，其中，最讓國人期待的當屬上海微電子，有媒體曾曝出上海微電子今年年底或推出可生產(chǎn)28nm制程的DUV光刻機，28nm是芯片制程的重要節(jié)點。
在當今芯片消費市場，28nm節(jié)點及更大制程的成熟芯片仍屬市場需求的大頭，據(jù)IC Insights發(fā)布的《2020-2024年全球晶圓產(chǎn)能》，預計2024年時，40nm以上成熟制程的占比仍有37%之高。甚至有行業(yè)人士表示，目前國內(nèi)現(xiàn)在最缺的不是28nm、14nm或是7nm工藝，而是車載電子、圖像傳感器、WiFi藍牙射頻的55nm制程芯片。
對上海微電子而言，若真能在今年年底實現(xiàn)該光刻機的突破，則意味著我國成熟制程芯片生產(chǎn)的各流程對外界的依賴程度大大減少。
“02專項”可以說代表了我國芯片在自主研發(fā)上的頂尖實力，除了上海微電子外，上海光機所近日也傳來好消息。6月10日，中國科學院官網(wǎng)稱，上海光機所在計算光刻技術(shù)研究方面取得重要進展。官網(wǎng)消息表示此類技術(shù)為計算光刻技術(shù)(Computational Lithography)，即在光刻機軟硬件不變的情況下，采用數(shù)學模型和軟件算法對照明模式、掩模圖形與工藝參數(shù)等進行優(yōu)化，可有效提高光刻分辨率、增大工藝窗口。
固然，基于“02專項”，我國在光刻技術(shù)上有著不小突破，但隨著摩爾定律的運轉(zhuǎn)，這則2006年發(fā)布的文件(其重點是對22-45nm芯片制造裝備進行研發(fā)突破)顯然與最新的業(yè)界情況還有一些距離，基于此，我們也可以清楚的看到我國在光刻機研發(fā)上與國際先進水平的差距。
光刻機是延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵，從光刻機的發(fā)展歷史上來看，光刻機可以說經(jīng)歷了五代發(fā)展，每一代光刻機波長的縮短從而推動了芯片制程的逐漸變小，如今，極紫外光刻是最新一代的光刻技術(shù)，它使用的是波長為13.5nm的極紫外光，目前全世界僅有荷蘭的ASML公司具備生產(chǎn)該設(shè)備的能力，每臺EUV光刻機的價格高達1.48億歐元以上，折合人民幣近12億。
這甚至還不是ASML的最新技術(shù)，目前，ASML在傳統(tǒng)EUV(Low-NA EUV)基礎(chǔ)上實現(xiàn)了突破，已實現(xiàn)了High-NA EUV光刻機的量產(chǎn)。Low-NA EUV和High-NA EUV的區(qū)別在于NA，即物鏡數(shù)值孔徑，它與光傳播介質(zhì)的折射率相關(guān)，可以簡單理解為EUV接收和傳輸光的能力，NA值越高，則光的損耗越小、清晰度越高。
從前道光刻機的整體市場格局上來說，99%的市場份額由ASML、尼康和佳能把持，其中ASML的市場份額更是長期在60%以上。據(jù)ASML近年來的財報，占其營收大頭的仍是采用ArF光源技術(shù)的DUV系列光刻機，EUV光刻機由于產(chǎn)能、良品率以及技術(shù)成熟度原因，每年的產(chǎn)出值仍然有限。
根據(jù)光刻機的更新迭代歷程，我們可以知道上海微電子的28納米能力的DUV，其實就是采用ArF光源技術(shù)的193nm DUV第四代光刻機，傳聞其將采用浸沒式步進掃描。這意味著上海微電子直接跳過了中間的65nm、40nm階段，跨越了之前廠商們數(shù)年的積累。 當然，光刻機從研發(fā)、到量產(chǎn)、到實際商用再到機器7x24小時穩(wěn)定工作，其各階段仍需不少時間。
從ASML研發(fā)EUV光刻機的歷史來看，其1999年便開始了EUV的研發(fā)工作，本預計2004年就能成功推出產(chǎn)品，結(jié)果是2010年才研發(fā)除了第一款樣機，正式商用向晶圓廠們供貨則是到了2016年才實現(xiàn)，而對機器生產(chǎn)效率、良品率的提升則是研究至今。
在EUV光刻機這20年的研發(fā)及完善過程中，不止ASML一家在投入，從產(chǎn)業(yè)界的英特爾、臺積電、三星，再到學界享有盛譽的美國三大國家實驗室：勞倫斯利弗莫爾實驗室，勞倫斯伯克利實驗室和桑迪亞國家實驗室等，足以證明前沿技術(shù)的研發(fā)不是一日之功，而且還需要整個業(yè)界甚至國家機器的力量。
可喜的是，我國很早就有這方面的資金、政策扶持，乃至到現(xiàn)在的社會資本踴躍參與，以及制造了更多的調(diào)控措施空間。對于光刻機，完全不需要妄自菲薄，這些默默進行中的技術(shù)突破都是令人期待的進展，現(xiàn)在需要的是更多的耐心。
