光刻機(jī)拆解傳聞：逆向工程思維應(yīng)休矣，自主創(chuàng)新需夯實(shí)

文 | 孫永杰

近日一則某企業(yè)試圖逆向拆解荷蘭ASML的DUV（深紫外）光刻機(jī)，結(jié)果因操作失當(dāng)導(dǎo)致設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，最終不得不求助ASML修理的“黑色幽默”般的傳聞在國內(nèi)半導(dǎo)體圈中引起了強(qiáng)烈關(guān)注和討論。盡管該事件細(xì)節(jié)尚未被權(quán)威渠道證實(shí)，但結(jié)合當(dāng)下國內(nèi)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)在發(fā)展中所遭遇的種種，還是引發(fā)了我們對其現(xiàn)在和未來的再思考。

從機(jī)床黑箱到DUV系統(tǒng)級壁壘，逆向工程思維應(yīng)休矣

提及逆向工程，它曾是發(fā)展中國家追趕工業(yè)強(qiáng)國的“捷徑”。

例如20世紀(jì)中期，日本通過拆解福特汽車、德國通過仿制英國機(jī)床，快速實(shí)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的躍升。但進(jìn)入21世紀(jì)，高端工業(yè)裝備的復(fù)雜性已超越單純“零件復(fù)制”的范疇，轉(zhuǎn)向“隱性知識”與“系統(tǒng)協(xié)同”。而此次傳聞中的DUV拆解失敗，正是這一轉(zhuǎn)向的極端例證，即針對目前高精尖工業(yè)設(shè)備已經(jīng)遠(yuǎn)非“拆得開裝不上”的機(jī)械問題，而是整個生態(tài)的“靈魂缺失”。

事實(shí)是，回溯傳統(tǒng)工業(yè)的反例，上述趨勢早已顯出端倪。

以德國高精度機(jī)床為例，一度業(yè)內(nèi)傳聞中的“拆解后自動偏離或鎖死”的現(xiàn)象，從純技術(shù)的角度，其并非毫無根據(jù)，而是設(shè)計(jì)層面的容差系統(tǒng)、裝配張力與動態(tài)補(bǔ)償機(jī)制協(xié)同失效的表現(xiàn)（即便精確測量每一個零件，也無法重建其應(yīng)力平衡）。

比如德國廠商如DMG Mori在出口設(shè)備時(shí)，常嵌入陀螺儀、GPS模塊和軟件授權(quán)驗(yàn)證。一旦設(shè)備被移動或拆解超出授權(quán)，系統(tǒng)會觸發(fā)漸進(jìn)式失效，包括軸向精度偏移、軟件凍結(jié)等，導(dǎo)致性能從微米級滑落至毫米級。在2022年俄烏沖突后，部分俄羅斯進(jìn)口設(shè)備曾被曝出現(xiàn)遠(yuǎn)程停用現(xiàn)象，盡管廠商并未公開承認(rèn)鎖死行為，但這一事件說明了現(xiàn)代機(jī)床的系統(tǒng)化安全設(shè)計(jì)已成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

具體到中國，也曾有企業(yè)曾進(jìn)口類似設(shè)備，并通過自研開源CNC系統(tǒng)（如華中數(shù)控）繞過鎖定，但這僅適用于軟件層，硬件的核心機(jī)械結(jié)構(gòu)（如導(dǎo)軌、絲杠）仍需原廠精度，替換后性能可能下降5-10%，而更深層的壁壘還有材料科學(xué)的“隱性配比”。例如德國精密絲杠中摻入微量的稀有元素（如鉭或錸），通過固溶強(qiáng)化將耐磨度提升數(shù)倍，而這種微量添加依賴無數(shù)次實(shí)驗(yàn)迭代，雖然逆向分析（如X射線熒光）能檢測成分，卻難還原其在晶體結(jié)構(gòu)中的動態(tài)影響。對此，Bosch Rexroth的專利顯示，這種知識是商業(yè)機(jī)密，即便是仿制，也需數(shù)年磨損測試。

類似地，日本FANUC導(dǎo)軌的淬火工藝（多次深度冷卻與高溫回火交替），以確保硬度HRC 58-62與韌性平衡，而據(jù)稱國內(nèi)企業(yè)簡化步驟后，成品壽命僅為原版的30-50%，易生裂紋。需要說明的是，這已不是簡單的“偷工減料”，而是忽略了溫控曲線的經(jīng)驗(yàn)積累，即每一步參數(shù)偏差，都會放大應(yīng)力，并最終導(dǎo)致系統(tǒng)級失效。

從上述這些機(jī)床的案例我們不難發(fā)現(xiàn)，局部可逆，全局難復(fù)：零件可測，工藝隱性；系統(tǒng)協(xié)同更難重構(gòu)，而在光刻機(jī)上，這種系統(tǒng)協(xié)同壁壘被放大到了極致。

據(jù)ASML官方與多份行業(yè)報(bào)告統(tǒng)計(jì)，其最新一代EUV系統(tǒng)包含10萬個零部件、涉及約5000多家供應(yīng)商，相較之下，浸沒式DUV（ArFi）雖然復(fù)雜度略低，但零部件數(shù)量同樣達(dá)數(shù)萬級，系統(tǒng)集成難度相近。

ASML全球供應(yīng)商體系，來源：ASML官網(wǎng)、電子產(chǎn)品世界、華金證券研究所

其中核心光學(xué)模塊由蔡司（Zeiss）獨(dú)家提供，鏡片加工精度達(dá)到亞納米級，任何一次鍍膜厚度波動都可能導(dǎo)致系統(tǒng)退化，至于它的對準(zhǔn)系統(tǒng)、雙工作臺、控制算法與曝光同步機(jī)制之間的微秒級閉環(huán)控制，更是靠上百項(xiàng)嵌入式專利實(shí)現(xiàn)。這意味著，即使完全拆解出DUV的所有零件，仍不可能重建那種“系統(tǒng)級協(xié)同”。正如華金證券《光刻機(jī)深度報(bào)告》中所言：高端光學(xué)元件的超精密制造與裝調(diào)技術(shù)，是當(dāng)前高端裝備制造業(yè)最大短板。

Zeiss SMT DUV光刻機(jī)投影物鏡產(chǎn)品矩陣，來源：SPIE，Bloomberg，東吳證券研究所

由此可見，ASML的DUV系統(tǒng)并非單純硬件堆疊，而是光學(xué)、控制、材料、算法、軟件的融合，就連曝光臺上的“振動補(bǔ)償”都需依賴納米級氣浮系統(tǒng)、雙重反饋與AI建模修正。所以所謂的對于DUV的逆向拆解，不是拆得開，而是拆不出“靈魂”。

明知不可而為之背后，體系性鎖死的無奈與冒險(xiǎn)

如上述，作為業(yè)內(nèi)的廠商，理應(yīng)明知不可為，那為何還要去嘗試？這背后到底發(fā)生了什么？

眾所周知，自2018年中美貿(mào)易戰(zhàn)開始，美國主導(dǎo)的出口管制逐步升級。2023年后，美日荷“三邊協(xié)議”將EUV全面禁售，而在今年，ASML更是明確停止對中國最先進(jìn)DUV（NXT:2000i以上型號）的出口，甚至存量設(shè)備的維修、零部件更換和技術(shù)服務(wù)也受限。而事實(shí)卻是，中國依然是ASML的最大客戶（去年?duì)I收最高占比高達(dá)41%），這種高度依賴性始終是中國光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的軟肋。

2024年ASML中國大陸地區(qū)營收占比，來源：ASML投資者調(diào)研紀(jì)要，國金證券研究所

這里先不說國內(nèi)的中芯國際、華虹、長江存儲等晶圓廠逾百臺DUV機(jī)型，一旦斷供，生產(chǎn)線可能出現(xiàn)停滯，據(jù)TrendForce報(bào)告顯示，今年第三季度，中芯國際的7nm良率降至60%以下，部分原因竟是設(shè)備老化與維護(hù)滯后，也就是說ASML對于中國光刻機(jī)的維修、零部件更換和技術(shù)服務(wù)限制的負(fù)面影響也已開始顯現(xiàn)。

另據(jù)慧博智能投研《光刻機(jī)行業(yè)深度：核心技術(shù)、競爭格局、國產(chǎn)替代及相關(guān)公司深度梳理》報(bào)告顯示，中國光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈仍處于光機(jī)臺有進(jìn)展、光源和光學(xué)核心滯后的階段。例如上海微電子雖然具備90nm級KrF光刻機(jī)生產(chǎn)能力，且正在攻關(guān)28nm級ArF機(jī)型，但光源仍依賴Cymer、Gigaphoton，物鏡加工精度則受制于蔡司，且與國際主流的7納米/5納米制程存在巨大代差。更令業(yè)內(nèi)擔(dān)憂的是，即便是現(xiàn)有的國產(chǎn)設(shè)備，也常因停機(jī)率高、良率不穩(wěn)而難以被大規(guī)模采用。

綜上我們不難看到，中國光刻機(jī)面臨的是體系性封死的窘境，并通過整機(jī)、零配件、服務(wù)，包括我們現(xiàn)在自主研發(fā)部分核心部件的依賴得以體現(xiàn)，加之“自主可控”國家最高戰(zhàn)略的背景下，光刻機(jī)作為“卡脖子”環(huán)節(jié)的核心，業(yè)內(nèi)承受的突破壓力可見一斑。而這種種壓力使得一些決策者和執(zhí)行者出現(xiàn)短期內(nèi)急于求成的心理也自在情理之中。

基于此，不管DUV光刻機(jī)逆向拆解的傳聞是否為真，其背后反映的中國光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)外部極端限制與內(nèi)部高度渴望相互作用產(chǎn)生的無奈與冒險(xiǎn)應(yīng)是我們正視的事實(shí)。而在此事實(shí)之上，無論是國內(nèi)的晶圓廠還是設(shè)備商，都希望通過任何手段取得突破。

基礎(chǔ)創(chuàng)新到生態(tài)協(xié)同是正解，切忌“樣機(jī)思維”類突破

如前述，曾經(jīng)屢試不爽的逆向工程顯然已經(jīng)不適用于當(dāng)下高精尖工業(yè)設(shè)備，尤其是光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)，突破更無捷徑，唯有回歸基礎(chǔ)科學(xué)，構(gòu)建完整生態(tài)，方是正道。而這需要我們首先必須正視與國際頂尖水平的代差。

例如目前國內(nèi)領(lǐng)先的上海微電子已具備90納米量產(chǎn)能力，并正向28納米進(jìn)軍，這是巨大的進(jìn)步，但同時(shí)國際主流已在7納米和5納米節(jié)點(diǎn)進(jìn)行競爭。針對于此，在技術(shù)路徑上，國產(chǎn)化進(jìn)程應(yīng)腳踏實(shí)地，從成熟制程（90nm/65nm）的穩(wěn)定性和國產(chǎn)替代做起，穩(wěn)步推進(jìn)，爭取在浸潤式DUV的某些關(guān)鍵模塊實(shí)現(xiàn)突破。

其次是必須集中資源攻克國際壟斷的核心環(huán)節(jié)，例如光刻機(jī)的光源和光學(xué)系統(tǒng)。

事實(shí)是，無論DUV還是EUV的光源，目前尚被Cymer、Gigphoton壟斷。為此，我們需要加大對激光物理、高功率光源、以及EUV光源中LLP光源（激光輔助等離子體）等基礎(chǔ)科學(xué)的投入，建立從原理到工程化的完整技術(shù)鏈。至于光學(xué)系統(tǒng)，則必須在超精密光學(xué)鏡頭的材料、研磨、拋光和鍍膜等工藝上實(shí)現(xiàn)突破。

最后則是必須回到基礎(chǔ)科學(xué)與生態(tài)協(xié)同創(chuàng)新。從物理層面看，光刻機(jī)的分辨率由光源波長（λ）、數(shù)值孔徑（NA）和工藝系數(shù)（k1）共同決定，而要實(shí)現(xiàn)EUV級別的分辨率，不僅要擁有13.5nm波長光源，還要在鏡片、控制、掩模、光刻膠等多個環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新才行。

這里我們以長期被日本廠商（如JSR、信越化學(xué)）壟斷的光刻膠為例，其配方、性能直接影響良率，這就需要我們不僅要實(shí)現(xiàn)ArF DUV光刻膠、甚至EUV光刻膠的國產(chǎn)化，還需與國產(chǎn)光刻機(jī)、刻蝕機(jī)進(jìn)行全流程匹配與驗(yàn)證。

以上述作為標(biāo)準(zhǔn)，中國目前的進(jìn)展雖然緩慢，但已顯露出結(jié)構(gòu)化突破的路徑。

例如在核心的光源方面，科益虹源、中科院光電所成功研制248nm和193nm準(zhǔn)分子激光器，打破了國外壟斷，為DUV國產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)；至于光學(xué)系統(tǒng)，國望光學(xué)、國科精密正在研發(fā)NA=0.82~1.35級投影物鏡。

科益虹源產(chǎn)品矩陣，來源：儀器信息網(wǎng)，華福證券研究所整理

而在光刻膠與掩膜版方面，南大光電、路維光電、晶瑞電材等實(shí)現(xiàn)了ArF正性光刻膠的突破，開始進(jìn)入晶圓制造驗(yàn)證環(huán)節(jié)。

在我們看來，這些成果雖尚未形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，卻標(biāo)志著中國光刻機(jī)生態(tài)創(chuàng)新的雛形已現(xiàn)。

到這里，也許有業(yè)內(nèi)稱，目前國內(nèi)的光刻機(jī)不是時(shí)不時(shí)就曝出“突破”的好消息嗎？怎么還是雛形呢？這就引出了當(dāng)下我們在發(fā)展光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)時(shí)必須警惕的“樣機(jī)思維”的蔓延。

說到“樣機(jī)思維”（Prototype Thinking），它是一個工程學(xué)和管理學(xué)概念，常用于描述技術(shù)研發(fā)或產(chǎn)品開發(fā)過程中的一種常見偏差，表現(xiàn)為過度聚焦于制造出“能動”的原型機(jī)（prototype，即初步功能樣機(jī)），而忽略后續(xù)的量產(chǎn)化、穩(wěn)定性、成本控制和生態(tài)集成。這種思維模式在創(chuàng)新驅(qū)動的領(lǐng)域（如半導(dǎo)體、機(jī)械工程、軟件開發(fā)）中尤為突出，往往導(dǎo)致“實(shí)驗(yàn)室成功、市場失敗”的尷尬局面。

當(dāng)我們明白了“樣機(jī)思維”，那么所謂的隔三岔五曝出的“突破”，含金量幾何想必業(yè)內(nèi)都心中有數(shù)。還是之前所述，惟有國內(nèi)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新，齊頭并進(jìn)，才能最大限度地避免“樣機(jī)思維”陷阱的自嗨式宣傳，做到物盡其用，真正提升中國芯片產(chǎn)業(yè)的制造水平。

綜上，我們認(rèn)為，逆向拆解DUV光刻機(jī)的傳聞，不論真假，都在提醒我們，在信息透明、技術(shù)高度集成的今天，試圖通過逆向工程在最尖端領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，無異于緣木求魚。而惟有像ASML從一個“漏水棚子”起步那樣，經(jīng)歷長期的沉淀與協(xié)作，打造出真正擁有底層創(chuàng)新能力和完整生態(tài)鏈的光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)體系，甚至從中建立我們自己的第二條技術(shù)路徑，例如納米壓印（NIL）或電子束刻蝕等非光刻技術(shù)，才能最終實(shí)現(xiàn)真正的“自主可控”。