“光刻機(jī)之父”林本堅(jiān)：中國現(xiàn)有設(shè)備可造出5nm芯片，美國已承認(rèn)

2023年10月，81歲的林本堅(jiān)在彭博社的采訪中，拋出了一句讓西方半導(dǎo)體圈炸開鍋的言論：中國大陸僅憑現(xiàn)有深紫外設(shè)備，就能實(shí)現(xiàn)5納米芯片的制造。

這位可不是空口說白話的普通老者，他正是當(dāng)年一手將臺積電從困境中拉出來、重塑光刻領(lǐng)域格局的技術(shù)泰斗。

這話一出，美國商務(wù)部立刻坐不住了，火速啟動專項(xiàng)調(diào)查，可等他們拆開華為Mate60 Pro的機(jī)身，里面的麒麟9000S芯片不僅實(shí)現(xiàn)了7納米制程，性能更是無限貼近5納米的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

美國人這才后知后覺，他們精心編織的技術(shù)封鎖網(wǎng)，竟被中國工程師用看似笨拙的方法撕開了大口子。

我們先從這里拋出疑問：沒有全球頂尖的EUV光刻機(jī)，中國到底是如何啃下高端芯片這塊硬骨頭的？

水能當(dāng)鏡頭？

林本堅(jiān)的大半輩子，都在琢磨怎么把光刻機(jī)的分辨率推向極致。1970年從加州大學(xué)伯克利分校拿下博士學(xué)位后，他在IBM深耕22年，全程主攻微影技術(shù)。

那時候整個行業(yè)都在砸錢研發(fā)157納米干式光刻，英特爾、尼康這類巨頭都認(rèn)定這是唯一的技術(shù)出路，沒人愿意換個方向思考。但林本堅(jiān)偏要劍走偏鋒，他把目光鎖定在了一個被行業(yè)忽略的參數(shù)上——折射率。

光刻機(jī)的分辨率有個核心邏輯，波長越短、介質(zhì)的折射率越高，刻出來的電路線條就越精細(xì)。既然波長的突破要耗費(fèi)天價(jià)成本且周期漫長，那不如從折射率上找突破口。

空氣的折射率僅為1，而純水的折射率能達(dá)到1.44，他由此萌生了一個大膽想法：在光刻機(jī)鏡頭和晶圓之間灌滿一層純水。這樣一來，193納米的入射光進(jìn)入水中后，等效波長會直接縮短到134納米，分辨率能實(shí)現(xiàn)40%的躍升。

2002年他在國際光電學(xué)會公開這個方案時，臺下瞬間陷入死寂。有人覺得他瘋了，機(jī)器內(nèi)部灌水難道不怕短路報(bào)廢？設(shè)備廠商更是強(qiáng)烈抵觸，畢竟這相當(dāng)于全盤否定了他們此前在157納米技術(shù)上的巨額投入。

當(dāng)時只有荷蘭ASML愿意試著驗(yàn)證這個想法，沒想到2004年第一臺浸潤式光刻機(jī)順利落地，臺積電迅速將其投入使用，成功量產(chǎn)65納米芯片。而另一邊的尼康還在死磕157納米技術(shù)，最終被市場徹底淘汰。

四次曝光頂一次？

2022年美國開始禁止向中國出售EUV光刻機(jī)，本以為能把中國芯片制程牢牢卡在7納米以上。可他們沒料到，中國工程師把林本堅(jiān)的浸潤式設(shè)備玩出了新花樣。

SAQP工藝，說白了就是把原本一次完成的光刻流程，拆成四次來分步操作。先在晶圓上刻出基礎(chǔ)圖案，接著沉積一層專用材料，再蝕刻出新的紋路，如此循環(huán)四次，硬是把38納米的設(shè)備極限壓到了5納米的水準(zhǔn)。

這個過程的繁瑣程度遠(yuǎn)超想象。臺積電用EUV設(shè)備，一次曝光就能完成工序，良率能穩(wěn)定在90%。而中芯國際早期用SAQP工藝時，良率只有50%，一次流片就要燒掉3億人民幣。

這么看來，這確實(shí)是個“燒錢”的笨辦法，但中國有個獨(dú)特優(yōu)勢——市場體量足夠大。軍用芯片、服務(wù)器芯片、基站芯片這些領(lǐng)域，根本不在乎成本略高，核心訴求是絕不能被別人掐住技術(shù)脖子。

2024年的數(shù)據(jù)指出，中芯國際已經(jīng)把SAQP工藝的良率提升到85%，成本也降到了可商用的范圍。上海微電子的28納米浸潤式光刻機(jī)雖未大規(guī)模商用，但相關(guān)專利儲備一直在穩(wěn)步推進(jìn)。激光退火設(shè)備、刻蝕機(jī)等配套環(huán)節(jié)，也已在華虹、長江存儲的項(xiàng)目中完成技術(shù)驗(yàn)證。

美國從否認(rèn)到承認(rèn)

2023年3月，張忠謀還在公開表態(tài)，稱全球化時代已經(jīng)落幕，美國應(yīng)當(dāng)優(yōu)先保障國家安全，言外之意就是技術(shù)封鎖能延緩中國芯片的追趕速度。

可沒想到時隔不到半年，華為新款手機(jī)就讓美國商務(wù)部慌了神。Tech Insights實(shí)驗(yàn)室的拆解報(bào)告明確承認(rèn)，麒麟9000S的性能指標(biāo)已接近5納米水準(zhǔn)，其制造工藝正是基于DUV的多重曝光技術(shù)。美國政府再也沒法裝聾作啞，只能默認(rèn)中國已經(jīng)突破了技術(shù)封鎖。

更讓美國尷尬的是，西方設(shè)備廠商開始坐不住了。ASML2023年第三季度財(cái)報(bào)顯示，中國成了它的最大客戶，雖說賣出的都是DUV老款機(jī)型，但訂單量出現(xiàn)暴漲。

尼康和佳能也急于重返中國市場，他們擔(dān)心一旦中國本土芯片產(chǎn)能全面崛起，芯片價(jià)格會出現(xiàn)崩盤，屆時他們連行業(yè)紅利的湯都喝不上。

美國智庫“戰(zhàn)略與國際研究中心”發(fā)布報(bào)告警告，技術(shù)封鎖客觀上倒逼了中國的“反向式創(chuàng)新”，這種壓力轉(zhuǎn)化為動力的行業(yè)演變，讓美國的管制政策出現(xiàn)了明顯的“戰(zhàn)略反噬”。

英偉達(dá)CEO黃仁勛2024年公開坦言：中國緊跟著我們，雙方的技術(shù)差距已經(jīng)非常接近。

現(xiàn)在中國在芯片設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域的研究論文產(chǎn)出量，已經(jīng)達(dá)到美國的兩倍，且還在保持年均兩位數(shù)的增長。人才儲備、市場規(guī)模、政策扶持的三重加持，正讓西方的技術(shù)壟斷護(hù)城河越變越窄。美國本想靠封鎖拖垮中國芯片產(chǎn)業(yè)，最終卻逼出了一個韌性更強(qiáng)的競爭對手。

中國正在換賽道

2025年林本堅(jiān)在一次采訪中說了句大實(shí)話：物理層面的摩爾定律遲早會走到盡頭，但經(jīng)濟(jì)層面的摩爾定律還會繼續(xù)推進(jìn)。芯片不可能無限微縮到原子尺度，未來的行業(yè)競爭核心，不是比誰的制程更微小，而是誰能在現(xiàn)有條件下拿出最經(jīng)濟(jì)的解決方案。這正好切中了中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略方向。

北大團(tuán)隊(duì)研發(fā)的存算一體芯片，憑借阻變存儲器搭配動態(tài)誤差校準(zhǔn)技術(shù)，將模擬計(jì)算精度拉到24位，處理矩陣運(yùn)算的速度比頂級GPU快1000倍，能效還實(shí)現(xiàn)了100倍的提升。

清華的“玉衡”光譜成像芯片，把光子調(diào)制與AI算法深度結(jié)合，分辨率做到了亞埃米級，體積卻僅為2立方厘米。

復(fù)旦團(tuán)隊(duì)更是造出全球首顆二維-硅基混合閃存芯片，寫入速度達(dá)到400皮秒。這些技術(shù)突破都沒有死磕制程大小，而是在架構(gòu)、材料、算法領(lǐng)域另辟蹊徑。

封鎖只會催生創(chuàng)新，傲慢終會被現(xiàn)實(shí)打破。林本堅(jiān)用浸潤式技術(shù)改寫半導(dǎo)體歷史，中國工程師用多重曝光撕開封鎖線。