美国制裁之下，为什么格科微还能成功引入ASML先进ArF光刻机？

3月27日，中国半导体厂商格科微宣布迎来了建厂重要标志性时刻，整套生产线中的最关键设备——ASML先进ArF光刻机成功搬入。

当美国把尖端芯片技术对中国进行全面封锁制裁之下，为什么中国半导体厂商还能成功引入ASML的先进ArF光刻机？

ArF光刻机到底是什么？它与DUV光刻机是什么关系？DUV与EUV光刻机有什么区别？

本文将详细为您解答。

3月27日，格科微电子称：目前，公司“12英寸CIS集成电路特色工艺研发与产业化项目”推进迅速。厂房和洁净车间建设已经基本完成，并于2022年2月16日开始主设备的搬入安装。在3月24日，格科半导体再次迎来了建厂重要标志性时刻，整套生产线中的最关键设备——ASML先进ArF光刻机成功搬入。

2022年3月24日上午10:18，在严格遵守防疫政策并做好疫情防控措施的情况下，格科微顺利举办ASML先进ArF光刻机搬入仪式。格科半导体SVP李朝勇、各部门总监、光刻团队及厂务团队出席仪式，共同见证了公司这一里程碑式的重要时刻。

ArF光刻机的成功引入，是格科微“12英寸CIS集成电路特色工艺研发与产业化项目”建设的关键节点。

依托自有工厂即格科半导体的先进制程，格科微将进一步加快先进CIS工艺和高阶专利像素的研发速度，并在自有工厂实现批量生产验证，从而极大缩短高端产品从研发到大量供应市场的周期。

在美国对中国不遗余力的重重制裁之下，为什么一家中国半导体芯片厂商能够成功引入ASML的ArF先进光刻机呢？

下面，我们先从ArF光刻机了解开始，然后介绍目前最主流也是最先进的两种光刻机：DUV和EUV光刻机的发展历史以及他们的区别。最后，我们就能够明白，格科微为什么能够做到了。

什么是ArF光刻机？

首先，Arf是一种光源。

按照光源类型划分，光刻机不仅有极紫外光刻机（EUV），还有ArF浸没式光刻机、ArF干式光刻机、KrF光刻机、i-line设备等。其中，ArF、ArF和KrF都属于深紫外线光刻机（DUV），DUV是当前半导体制造的主力，无论是图像传感器、功率IC、MEMS、模拟IC，还是逻辑IC，主要用DUV进行生产。而EUV光刻机主要用来生产7nm及更高端制程的芯片，譬如苹果的A15、高通的Gen 1及以后系列芯片等。

因此，ArF光刻机指的就是DUV光刻机中的一种。

DUV和EUV光刻机的发展历史

DUV：深紫外线（Deep Ultraviolet Lithography）

EUV：极深紫外线（Extreme Ultraviolet Lithography）

一、DUV技术由日本和荷兰独立发展

20多年前光刻机发展过程中，ArF干法分化成两大路线之争，ArF湿法胜于F2。

2002年DUV技术在干法ArF后期演化成2条主要进化方向：

其一是用157nm的F2的准分子光源取代193nm的ArF光源。该方法较浸没式ArF更为保守，代表厂商是尼康和佳能。

其二，采用台积电林本坚的方案，依然使用193nm的ArF光源，但是将镜头和光刻胶之间的介质由空气改成液体。

193nm的光经过折射后，等效波长为134nm，从而实现比F2光源更高的分辨率。

浸没式ArF的代表厂商是ASML和台积电。

由于F2光源无法穿透水，因此无法和浸没式技术相结合，进一步提升分辨率。ArF湿法在光刻精度上胜于F2。

以ArF浸没式为切入点，ASML成为DUV时代龙头。

2002年台积电林本坚提出ArF浸没式方案，随后ASML在2003年成功推出第一台浸没式光刻样机。尼康虽然在2006年也顺利推出ArF浸没式光刻机，但市场先机早已被ASML夺走。伴随着ASML和台积电ArF浸没式技术的成功，ASML和台积电实现了双赢。

在光刻机领域，ASML开始奋起反超Nikon；台积电也成为第一家实现ArF浸没式量产的公司。

因为ArF系列光刻机可用于制造7nm-130nm制程的芯片，而且该制程范围内的芯片占芯片供应的60%多，所以ASML的市场份额快速提高，自2006年超越尼康成为全球光刻机龙头以后，其行业领导地位维持至今。

同时，由于核心浸没式技术主要来自台积电，所以美国在DUV领域不具备统治地位，ASML向中国出货DUV光刻机也无需得到美国授权。

二、EUV自出生就被美国从资本和技术层面全面掌控（与DUV有本质的不同）

1997年至今，ASML被美国从资本和技术方面的渗透是一个循序渐进的过程。我们按事件的进程可以分为以下三个阶段。

1）1997年EUV LLC联盟成立，ASML成功入局。

EUV技术起源于英特尔和美国政府牵头成立EUV LLC联盟。该联盟汇聚了美国顶尖的研究资源和芯片巨头，包括劳伦斯利弗莫尔实验室、劳伦斯伯克利实验室、桑迪亚国家实验室三大国家实验室，联合IBM、AMD、摩托罗拉等科技巨头，集中数百位顶尖科学家，共同研究EUV光刻技术。

美国政府担心尖端技术落入外国公司，所以反对尼康的加入，而ASML做出在美国建立工厂和研发基地等多项让步后才成功加入EUV联盟。随后，ASML在2007年收购美国Brion，获取了光刻技术后，成功开启并购美国光刻企业之路。至此，美国开始在EUV技术方面渗入ASML。

2）英特尔入股ASML叠加ASML并购加速，美国加速实现对ASML的资本和技术双控制。

随着ASML在DUV时代取得成功以及摩尔定律的逐渐放缓，美国计划后续用出资入股和技术渗透的形式牢牢把控ASML的后续EUV技术。2012年，英特尔、三星、台积电共同买入ASML23%的股权，获得了ASML光刻机的优先供货权，成为了利益共同体。

同时，ASML并购了美国Cymer、HMI等公司，增强了在光刻、光源、电子束检测等方面的技术储备。至此，美国已在技术和资本层面渗入ASML，并逐步掌控ASML EUV光刻机的产能和发展方向。

3）目前ASML的EUV技术受控于美国。

截止2020年末，ASML的EUV中有90%零部件来自进口，而且根据ASML加入EUVLLC的承诺，美国零部件需占比55%以上。同时，ASML的前三大股东均来自美国，合计掌握ASML近30%的股权。所以，ASML的EUV光刻机的实际控制方是美国而非荷兰。

DUV已经能满足绝大多数需求：覆盖7nm及以上制程需求。

DUV和EUV最大的区别在光源方案。EUV的光源波长为13.5nm，但最先进DUV的光源波只有193nm，较长的波长使DUV无法实现更高的分辨率，因此DUV只能用于制造7nm及以上制程的芯片。鉴于DUV涵盖了大部分数字芯片和几乎所有的模拟芯片。所以，完全掌握DUV技术就能在各类芯片领域有所建树。

然而，随着先进制程向5nm及以下先进制程进化，EUV成为了刚需。

EUV是未来光刻技术和先进制程的核心。

为了追求芯片更快的处理速度和更优的能效，需要缩短晶体管内部导电沟道的长度，而光刻设备的分辨率决定了IC的最小线宽。因此，光刻机的升级就势必要往最小分辨率水平发展。光刻机演进过程是随着光源改进和工艺创新而不断发展的。EUV作为5nm及更先进制程芯片的刚需，覆盖了手机SoC、CPU、GPU、1γ工艺DRAM等多种数字芯片。

随着先进制程的进一步推进，全球半导体制造龙头台积电、三星、英特尔纷纷扩大EUV光刻机资本开支，积极扩充7nm以下先进产能。

另外，存储龙头三星、海力士、美光也随着它们存储器制程的进步而加码扩大EUV光刻机的资本开支。同时，EUV相较DUV简化了光刻流程的复杂性，使客户能够提高成本效益。

DUV光刻机与EUV光刻机的区别

从上面DUV和EUV光刻机的发展历史，我们进一步总结其两者的区别主要在于：第一，最小理论分辨率不同；第二，物镜组不同；第三，光源不同。总体上，DUV只能生产7nm及以下制程的芯片，而EUV能够生产7nm及更高制程的芯片，EUV比DUV高了一代。

一、分辨率不同

DUV光刻机的最小分辨率也就是7纳米了，目前也只有台积电用DUV光刻机在2018年量产了7纳米制程工艺的芯片。

由于Arf光源得波长高达193纳米，正常情况下是达不到7纳米制程工艺，但是在物镜和基片之中注入浸入液体(第一代为纯水，其折射率是1.44，第二代浸入液的折射率为1.64，至于第三代浸入液的折射率应在1.8左右)，形成浸入式系统，相当于缩短了光源的波长。另外，再加上多层套膜技术，就使得DUV光刻机的分辨率到了7纳米，如果使用DUV光刻机继续制造5纳米，3纳米的芯片，除了代价极大之外，技术难度也极高，可以认为，DUV光刻机的极限分辨率就是7纳米了。

EUV光刻机最基本的分辨率就是7纳米，理论上可以实现1纳米的制程工艺。

由于EUV光刻机的光源波长仅为13.5纳米，这就对提高其分辨率有先天的优势。

二、物镜组不同

DUV光刻机用的是透镜组，EUV光刻机用的是反射镜组。众所周知光刻机的分辨率几乎与光源的波长成正比，与物镜的NA成反比。提高分辨率的两种途径就是缩短光源的波长，增大物镜组的NA值。但是提高反光镜的NA值难度太大了，而增大透镜的NA值，相对比较容易。ASML的EUV光刻机所用的反光镜NA是0.33，下一代的为0.5。而DUV光刻机的透镜NA为1.3，1.35。所以说，EUV中用到的反光镜制造难，要比DUV中透镜的难度大。毕竟一个是反光，一个是透光。

三、光源不同

DUV光刻机用的是准分子Arf光源，EUV光刻机用的是EUV光源。Arf光源的波长为193纳米，目前能够制造出Arf光源的也只有米国Cymer，日本Gigaphoton，我国科益虹源这三家了。当进展到EUV光源时，就只剩Cymer和日本的一家公司。

ASML现在用的EUV光源是“高能脉冲激光打击到锡液滴靶上，形成等离子体，然后等离子体的发光被聚光镜收集起来作为光刻的光源”在这个过程中要控制锡液滴的流速，让高能脉冲激光每发射一次，就能够打击到锡液滴靶上，形成等离子体，这是一个难题。基本上涉及到微流控技术，大功率泵浦设备的制造。

所以说，DUV光刻机与EUV光刻机之间存在较大的差别，这些差别不仅仅体现在在价格上，更体现在技术含量，制造工艺上。

中国光刻机发展之路

因此，掌握EUV技术，就是掌握未来半导体先进制程的发展方向和制高点。美国作为全球半导体龙头，深知EUV技术的重要性，所以必会牢牢控制EUV技术。

基于内外双循环，中国当务之急是实现美国主导的非光刻设备（刻蚀机、PVD、CVD、ALD、清洗机、外延、测试、氧化、离子注入等）的突破。

结语

从以上了解到，因此，

中国半导体厂商格科微能成功引入ASML的先进ArF光刻机，

不是美国看不上ArF光刻，

也不是美国放过中国不制裁，

而是因为，美国不掌握ArF光刻机的主导权，

ASML向中国出口DUV光刻机无需得到美国授权，

同时，中国的实力和广阔的市场也是ASML愿意出口DUV光刻机的原因。

而中国，也在默默地按照自己的模式，百折不挠的不断发展着自己，或许终有一天，中国也能完全掌握或者开辟新的尖端光刻机技术，这需要我们和下一代真正的科研工作者的不懈努力。