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光刻机,国产替代势不可挡

09/24 10:16
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芯片制造这座高科技金字塔的顶端,光刻机无疑是最耀眼的明珠。它决定了芯片的精密程度,也牵动着全球半导体产业的神经。然而,这颗明珠长期被海外巨头牢牢掌控,成为我国芯片产业发展的卡脖子环节。在外部限制不断加码的今天,光刻机的国产替代已不是选择题,而是一场必须打赢的攻坚战。

要理解光刻机的重要性,首先需要了解它在芯片制造中的核心地位。芯片制造包含数十道复杂工序,其中光刻是最关键、最复杂的一环,它直接将电路图案“刻画”到晶圆上,决定了芯片的最小线宽和集成度。

光刻的原理看似简单——让光线穿过掩模版,通过光学系统将电路图形缩小并精确投影到涂有光刻胶硅片上。但实现这一过程所需的精密度,却代表了人类制造业的巅峰水平。过去几十年,光刻技术经历了五代演进,光源波长从436纳米一路缩短到13.5纳米,使得芯片制程从微米级进阶到纳米级。

根据SEMI的数据,光刻机占半导体设备投资额的24%,是占比最高的单一设备品类。2024年,全球光刻机市场规模已突破315亿美元,随着3nm、2nm等先进制程的推进,这一数字预计到2030年将超过600亿美元。

全球高端光刻机市场,尤其是EUV(极紫外)光刻机,基本由荷兰ASML垄断。日本的尼康和佳能则在部分领域保有市场份额。这种高度集中的市场格局,使得光刻机成为地缘政治博弈中的筹码。

回顾过去几年,美国联合日本、荷兰构筑了对华半导体设备出口管制的联盟。从2018年开始施压对华高端光刻机出口,到2023年达成限制DUV光刻机出口的三方协议,再到2024年进一步更新管制规则,限制层层加码。

这些限制的直接后果是:中国大陆企业难以获取最先进的光刻设备。ASML财报显示,2024年其对中国大陆的销售额达90亿欧元,占总收入的41%,但其中主要是相对成熟的DUV设备,而非最先进的EUV光刻机

中国光刻机的自主研发并非从零开始。早在1966年,中国就成功研制出第一台接触式光刻机。然而,在全球化浪潮中,国内光刻机研发一度陷入停滞。

转机出现在2002年,光刻机被列入“863重大科技攻关计划”。同年成立的上海微电子装备有限公司,于2007年研制出90nm分布式投影光刻机。2008年启动的“02专项”(极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项),更是在国家层面为光刻机等半导体设备研发提供了系统性支持。

近年来,国产光刻机产业链不断取得突破:整机方面,上海微电子的90nm ArF光刻机已实现出货;核心子系统:华卓精科成功研发出光刻机双工件台,打破了ASML的垄断;光源技术:2025年,哈尔滨工业大学宣布成功研制13.5nm极紫外光刻光源,中科院上海光机所也研发了全固态深紫外光源系统。

这些突破虽然与国际最先进水平仍有差距,但标志着中国正在一步步攻克光刻技术的难关。

光刻机的国产化是一项极其复杂的系统工程,涉及光源、光学系统、精密运动控制等众多高精尖技术。一台先进光刻机由数万个零部件组成,需要全球供应链的协同。在外部限制加剧的背景下,国产光刻机产业链必须实现从材料、零部件到整机的全面自主可控。

这无疑是一条艰难的道路,但也是必由之路。当前,人工智能、量子计算、物联网等新兴技术对芯片的需求呈现井喷之势。没有芯片的自主可控,这些战略新兴产业的发展将受制于人。

光刻机的国产替代已势不可挡。这不仅是产业发展的需要,更是国家科技战略的安全保障。随着国家政策的持续支持、研发投入的不断加大,以及产业链各环节的协同攻坚,中国光刻机产业正迎来历史性机遇。

国产光刻机的突破不会一蹴而就,但每一步扎实的进步,都在为中国的芯片产业筑牢根基。在这场关乎国家科技命运的角逐中,国产光刻机正在书写属于自己的答案。

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