光刻机的自嗨与自知，根源在于产业机制
发表时间：2024-09-16
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最近的一个现象让我细思极恐。
先是前天我刷视频号的时候，微信推送给我一个讲光刻机的短视频。该视频号主是个大妈，夫妻俩加起来超过110岁，视频号内容主要是开着问界M9各地自驾游。一个年过半百退休大妈，突然拿着工信部的一个极简的目录来讲光刻机，讲得那么激动，自称热泪盈眶。
为什么视频号会给我推送一个旅游自驾退休大妈给我讲光刻机？
后来昨晚微信上有几个微信好友不约而同地给我发来一张表格，并问我如何看待国产光刻机？
最后是今天，朋友圈上有一堆人转发有关光刻机的各种文章。
历史教科书及各种统治阶级媒体宣传称：“人民群众是历史的创造者”。如果非要确保该论断正确性的话，只能说这是一个愿望而非事实。
一股隐形的力量正在借助现代科技手段，左右着群体的思绪。对于理性个体来讲，如何能不被左右？这个难度是增加的，需要比以往更拥有独立的思辨逻辑能力。但糟糕的现实是，简中媒体中，再理性的个体也是处于被动喂料的尴尬境地。这些料即使是事实，也是选择性的事实，而不是全面性的事实。
观点正确与否，并不与所持观点人数的多寡有关。放弃评判观点，追求事实真相才是应该做的。
有关这块，最早是工信部微信公众号“工信微报”9月9号发布“《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024年版）》印发”。具体内容如下：
各省、自治区、直辖市及计划单列市、新疆生产建设兵团工业和信息化主管部门，有关中央企业：
为促进首台（套）重大技术装备创新发展和推广应用，加强产业、财政、金融、科技等国家支持政策的协同，现将《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024年版）》印发给你们，请据此做好相关工作。
工业和信息化部
2024年9月2日
这是一个目录，目录很长，包括电子专用装备在内的一级目录有13个，包括集成电路装备在内的二级目录有几十个，包括氟化氩光刻机在内的三级目录数目高达数百个，如下图所示：
被安放在数百个设备中而没有特别强调出来，很难说是这是一个很突出的、值得“热泪盈眶”的品类。被各种自媒体热炒并非偶然，后面隐藏着一只巨大的手，其目的也许并非善良。
出于一个秉承“严肃、客观、正直”价值观的科技自媒体，我觉得应该为社会做点有价值的事。
首先，氟化氩的化学式就是ArF。ArF是激光源，用来产生波长193nm的激光。
光刻机按照精度由粗到精分类排序依次为：g线、i线、KrF、ArF、EUV，如下图。
ArF按照光路介质（空气或水），又可以分为ArF Dry（干法，介质为空气）和ArFi（湿法，i=immersion浸没式，介质为水）。因为水的折射率为1.33，在空气中波长为193nm的光线进入水中波长就会变成193/1.33=145nm，波长变短，精度就变高。所以ArFi可以认为比ArF Dry更先进。所以ASML最新一个季度财报按照精度依次分类就是：I-line、KrF、ArF Dry、ArFi、EUV，如下图。（有关ASML更详细情况可参考我7月份写的公众号文章：光刻机，你以为的ASML和真实的ASML）
根据ASML的报表可以看出，全球光刻机主要需求量（超过80%）在EUV和ArFi，而ArF Dry、KrF、I线都算是相对比较低端的光刻机。
ArF Dry（干法）和ArFi（湿法）的应用分界线是65nm制程。导致应用差异除了上面提的干湿法产生的波长差异之外，很重要的差异在于是否采用多重光刻方式（多重方式可以提高制程精度）。
至于ArFi能经得住几重光刻，就看每次光刻的精度，即上面工信部表格中的套刻指标。 但坦率说，8nm的套刻精度并不是什么特别优秀。一般来说4nm的套刻精度，来做28nm制程是问题不大的。但是8nm的套刻精度来做28nm就有可能导致严重的性能问题。
因为随着特征尺寸的降低，芯片的层数一般会持续增加，套准误差可能会在多个层级中累积。这些误差可以叠加起来，导致更大的综合偏差。比如，28nm的层数为64，10nm的层级为128，那么128层会具有更大的套准误差累积。
那为什么会出现套准误差呢？
1.光罩在制造过程中可能会有微小的尺寸偏差，这可能导致与晶圆上的定位标记不完全匹配。和晶圆定位一样，掩模在光刻机上也需要准确的定位。定位标记的误差、机械误差或者操作员的误差都可能导致掩模的对齐问题。
2.晶圆在处理过程中可能会发生扭曲或弯曲，其中的芯片结构会出现膨胀或收缩。这种变形可能导致相同图案在晶圆的不同位置具有不同的套准误差。
3.光刻设备自身的性能限制。不同的光刻设备厂商，其光刻机的overlay(就是表格中的套刻)也就不同。一般来说，overlay越小，分辨率越高，焦深越大，设备越贵。
总之说这么多，就是《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024年版）》中的2.1.6氟化氩光刻机并不是什么值得热泪盈眶的先进设备，光刻机相关制造企业依然任重道远。
客观地说，国产光刻机与ASML的差距还是巨大的（上面ASML的报表图就能说明一切），而且随着ASML的High N/A的EUV光刻机放量，这个差距还在拉大。
至于为什么国产光刻机产业差距如此之大，与其他设备横向相比这种比较反差这么明显？我认为根源是国产光刻机产业机制问题。
当前全球光刻机市场竞争格局：ASML、Nikon和Canon三大供应商占据了99%市场份额，其中ASML以82.14%的市场份额占据绝对霸主地位，不单在销售收入上是霸主，在技术领先性上更是绝对霸主。反观中国，国产光刻机自给率低于1%，是半导体产业链自给率最低的环节。半导体产业中最核心、最重要、最复杂的一个环节，自主化率居然如此之低，与我国第一大制造业大国身份完全不匹配。
被寄予唯一厚望的上海微电子装备公司为啥历经二十年仍无法担纲？有人说上海微电子缺技术、缺资金、缺人才、缺配件、缺管理。这些理由听起来好像都很有道理，但我认为，这些原因都仅仅是表象、是说辞，而非实质。上海微电子的发展模式在根子上就是有问题的。
上海微电子装备的考核机制采用的是项目型的科研攻关方式，而非市场化机制。科研攻关采取专家评审机制，注重产品的突破性，而忽视经济性和规模性，并没有真正惠及产业链下游客户，也因为规模性不足导致产业链上游供应商并没有真正受益。看起来二十多年来国家累计投入了大量经费支持，但产业链良好生态并没有形成。因而，此前中国光刻机的发展模式在根子上就是有问题的。
我想，最终解决之道唯有市场化一条路，允许并鼓励民营光刻机企业参与进来，通过市场化方式奖励那些真正能持续稳定迭代的光刻机企业以及配套产业链公司。
文明进步的手段无非两个：科技进步+自由开放市场。然而科技进步又不能是闭门造车，也必须建立在自由开放市场之上。
虽有恨铁不成钢之叹，但相信那些愿意接受挑战、并相信成功后能享受到奖励的勇士们已经在路上了，他们其实并不孤单，并不是单打独斗而是产业链上下游一切协同。
先是前天我刷视频号的时候，微信推送给我一个讲光刻机的短视频。该视频号主是个大妈，夫妻俩加起来超过110岁，视频号内容主要是开着问界M9各地自驾游。一个年过半百退休大妈，突然拿着工信部的一个极简的目录来讲光刻机，讲得那么激动，自称热泪盈眶。
为什么视频号会给我推送一个旅游自驾退休大妈给我讲光刻机？
后来昨晚微信上有几个微信好友不约而同地给我发来一张表格，并问我如何看待国产光刻机？
最后是今天，朋友圈上有一堆人转发有关光刻机的各种文章。
历史教科书及各种统治阶级媒体宣传称：“人民群众是历史的创造者”。如果非要确保该论断正确性的话，只能说这是一个愿望而非事实。
一股隐形的力量正在借助现代科技手段，左右着群体的思绪。对于理性个体来讲，如何能不被左右？这个难度是增加的，需要比以往更拥有独立的思辨逻辑能力。但糟糕的现实是，简中媒体中，再理性的个体也是处于被动喂料的尴尬境地。这些料即使是事实，也是选择性的事实，而不是全面性的事实。
观点正确与否，并不与所持观点人数的多寡有关。放弃评判观点，追求事实真相才是应该做的。
有关这块，最早是工信部微信公众号“工信微报”9月9号发布“《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024年版）》印发”。具体内容如下：
各省、自治区、直辖市及计划单列市、新疆生产建设兵团工业和信息化主管部门，有关中央企业：
为促进首台（套）重大技术装备创新发展和推广应用，加强产业、财政、金融、科技等国家支持政策的协同，现将《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024年版）》印发给你们，请据此做好相关工作。
工业和信息化部
2024年9月2日
这是一个目录，目录很长，包括电子专用装备在内的一级目录有13个，包括集成电路装备在内的二级目录有几十个，包括氟化氩光刻机在内的三级目录数目高达数百个，如下图所示：
被安放在数百个设备中而没有特别强调出来，很难说是这是一个很突出的、值得“热泪盈眶”的品类。被各种自媒体热炒并非偶然，后面隐藏着一只巨大的手，其目的也许并非善良。
出于一个秉承“严肃、客观、正直”价值观的科技自媒体，我觉得应该为社会做点有价值的事。
首先，氟化氩的化学式就是ArF。ArF是激光源，用来产生波长193nm的激光。
光刻机按照精度由粗到精分类排序依次为：g线、i线、KrF、ArF、EUV，如下图。
ArF按照光路介质（空气或水），又可以分为ArF Dry（干法，介质为空气）和ArFi（湿法，i=immersion浸没式，介质为水）。因为水的折射率为1.33，在空气中波长为193nm的光线进入水中波长就会变成193/1.33=145nm，波长变短，精度就变高。所以ArFi可以认为比ArF Dry更先进。所以ASML最新一个季度财报按照精度依次分类就是：I-line、KrF、ArF Dry、ArFi、EUV，如下图。（有关ASML更详细情况可参考我7月份写的公众号文章：光刻机，你以为的ASML和真实的ASML）
根据ASML的报表可以看出，全球光刻机主要需求量（超过80%）在EUV和ArFi，而ArF Dry、KrF、I线都算是相对比较低端的光刻机。
ArF Dry（干法）和ArFi（湿法）的应用分界线是65nm制程。导致应用差异除了上面提的干湿法产生的波长差异之外，很重要的差异在于是否采用多重光刻方式（多重方式可以提高制程精度）。
至于ArFi能经得住几重光刻，就看每次光刻的精度，即上面工信部表格中的套刻指标。 但坦率说，8nm的套刻精度并不是什么特别优秀。一般来说4nm的套刻精度，来做28nm制程是问题不大的。但是8nm的套刻精度来做28nm就有可能导致严重的性能问题。
因为随着特征尺寸的降低，芯片的层数一般会持续增加，套准误差可能会在多个层级中累积。这些误差可以叠加起来，导致更大的综合偏差。比如，28nm的层数为64，10nm的层级为128，那么128层会具有更大的套准误差累积。
那为什么会出现套准误差呢？
1.光罩在制造过程中可能会有微小的尺寸偏差，这可能导致与晶圆上的定位标记不完全匹配。和晶圆定位一样，掩模在光刻机上也需要准确的定位。定位标记的误差、机械误差或者操作员的误差都可能导致掩模的对齐问题。
2.晶圆在处理过程中可能会发生扭曲或弯曲，其中的芯片结构会出现膨胀或收缩。这种变形可能导致相同图案在晶圆的不同位置具有不同的套准误差。
3.光刻设备自身的性能限制。不同的光刻设备厂商，其光刻机的overlay(就是表格中的套刻)也就不同。一般来说，overlay越小，分辨率越高，焦深越大，设备越贵。
总之说这么多，就是《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024年版）》中的2.1.6氟化氩光刻机并不是什么值得热泪盈眶的先进设备，光刻机相关制造企业依然任重道远。
客观地说，国产光刻机与ASML的差距还是巨大的（上面ASML的报表图就能说明一切），而且随着ASML的High N/A的EUV光刻机放量，这个差距还在拉大。
至于为什么国产光刻机产业差距如此之大，与其他设备横向相比这种比较反差这么明显？我认为根源是国产光刻机产业机制问题。
当前全球光刻机市场竞争格局：ASML、Nikon和Canon三大供应商占据了99%市场份额，其中ASML以82.14%的市场份额占据绝对霸主地位，不单在销售收入上是霸主，在技术领先性上更是绝对霸主。反观中国，国产光刻机自给率低于1%，是半导体产业链自给率最低的环节。半导体产业中最核心、最重要、最复杂的一个环节，自主化率居然如此之低，与我国第一大制造业大国身份完全不匹配。
被寄予唯一厚望的上海微电子装备公司为啥历经二十年仍无法担纲？有人说上海微电子缺技术、缺资金、缺人才、缺配件、缺管理。这些理由听起来好像都很有道理，但我认为，这些原因都仅仅是表象、是说辞，而非实质。上海微电子的发展模式在根子上就是有问题的。
上海微电子装备的考核机制采用的是项目型的科研攻关方式，而非市场化机制。科研攻关采取专家评审机制，注重产品的突破性，而忽视经济性和规模性，并没有真正惠及产业链下游客户，也因为规模性不足导致产业链上游供应商并没有真正受益。看起来二十多年来国家累计投入了大量经费支持，但产业链良好生态并没有形成。因而，此前中国光刻机的发展模式在根子上就是有问题的。
我想，最终解决之道唯有市场化一条路，允许并鼓励民营光刻机企业参与进来，通过市场化方式奖励那些真正能持续稳定迭代的光刻机企业以及配套产业链公司。
文明进步的手段无非两个：科技进步+自由开放市场。然而科技进步又不能是闭门造车，也必须建立在自由开放市场之上。
虽有恨铁不成钢之叹，但相信那些愿意接受挑战、并相信成功后能享受到奖励的勇士们已经在路上了，他们其实并不孤单，并不是单打独斗而是产业链上下游一切协同。
