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石英之下:中国“光刻底片”的沉默突围——半导体深观察之六
最后更新: 2026-07-09 19:44:41总体来看,国产基板厂已经能覆盖到二元铬板基板和KrF PSM基板这两大品类,但同时也必须看到,OMOG光罩基板、高透光率相移光罩HT PSM、高耐久度相移光罩HD PSM这些真正对应28纳米以下节点的高端品类,国产供应链依然在很大程度上是空白。这是一个诚实的坐标:追到了成熟制程的门口,还没跨过先进制程的门。
真正让笔者感到乐观的一个细节是,中科卓尔的抛光基板不是仅供国内市场,它已经开始向豪雅、信越、S&S Tech出货了。用贾松涛的原话来讲:“在超精密加工环节,我们的部分指标甚至优于豪雅,这也是豪雅及信越等日本企业在基板加工方面寻求与我们合作的原因之一。”
这句话如果剥掉客套的成分,剩下的是一个非常有意思的事实:中国基板厂已经进入了日本头部企业的供应链,虽然是在最上游的抛光环节,虽然是以代工的姿态,但它意味着中国材料公司在这条产业链上已经有了自己的话语点。
半个身位的差距,究竟卡在哪里
追问到底,光掩模基板的上游原材料是高纯度合成石英,也就是fused silica(熔融石英)。光刻级产品要求纯度至少达到9个9,也就是99.9999999%以上。而国内石英厂商中,菲利华、太平洋石英、中国建材等在半导体级石英领域尚未实现量产突破,产品纯度大多停留在5个9的水平,与光刻用石英的要求存在4个数量级的差距。这个差距不是设备够不够先进的问题,而是从原料提纯、熔炼工艺到晶体缺陷控制的整个链条上要吃过多少年苦头的问题。
面型问题是另一大拦路虎,尤其是TTV(Total Thickness Variation),即总厚度变化。光刻用的基板需要在整块玻璃的表面上把厚度差控制在纳米级,任何超出规格的起伏,都会在后续曝光时被放大成线宽误差。
国产基板厂在精雕环节已经能够做到与日本企业对标,但从粗磨、精磨、一抛、二抛、三抛甚至四抛的整个工艺环节走通,每一步都是一场恶战。一位曾在日本某材料厂中国区做过技术支持的工程师告诉笔者,抛光工艺的很多参数是没法从公开文献里学到的:“你必须自己一片一片试,试上万片,才能长出那种手感。”
遮光膜镀膜也是横亘在国产化率前面的一座大山。铬板基板还相对简单,PVD镀40到100纳米不同材质的金属薄膜,工艺参数经过多年积累已经比较成熟。到了KrF PSM,膜层结构复杂化;到了ArF PSM,尤其是OMOG基板,膜层结构需要在光学密度、相移相位、透射率等多个指标之间做精细取舍。而到了EUV基板,超过40层Mo和Si的复合层加Ru钌覆盖层,需要多次镀膜,材料的晶格结构均一性和厚度控制要求极为严苛。日本ULVAC的PVD设备之所以在这条路上有话语权,是因为它和材料厂共同演进了三十年。中国基板厂做PSM膜,短期内还要在设备供应链上补课。
缺陷检测问题同样不能忽视。光罩基板作为芯片制造的模板,对缺陷管控的要求极为严格。
去年笔者在上海进博会现场拜访了蔡司光刻部门的研发人员,谈到基板的缺陷检测问题,他指出:“一片基板上一个纳米级的缺陷,就有可能在晶圆上被无数次重复。”
日本Lasertec在无图形基板缺陷检测领域一直是行业标杆,KLA的Flashscan是另一个绕不开的名字。国内最近在这一领域也取得了一些突破,2024年IWAPS(国际先进光刻技术研讨会)上就有来自上海某公司的EUV光化缺陷检测和复检设备公布进展,验证了基于EUV同步辐射光源的光学成像能力。但从实验室原型到产线设备,中间隔着好几个良率、稳定性、工艺兼容性的门槛。
往往被外界忽略的卡点则是光刻胶。基板厂如果做涂胶基板出货,就要和电子束光刻胶做深度匹配。这类耗材以及化学特气、各种电子级化学前驱体,在2020年以前几乎都是依赖进口的,目前虽然已有数种开始国产化并在国内光罩厂得到应用,但整个“基板加光刻胶”的组合优化过程,仍然是一个持续多年的暗流工作。
把这几个卡点摆在一起看,会发现一个规律:真正的难点不在任何单一环节,而在跨环节的协同工艺。
石英材料要和抛光工艺匹配,抛光要和镀膜工艺匹配,镀膜要和光刻胶匹配,最后所有环节都要和终端光罩厂的写入、刻蚀、清洗工艺匹配。日本厂商用几十年时间在闭合的产业链内部做完了所有这些匹配,中国厂商要在打开的、协作的产业链里补上同样的功课。这是一场看起来是材料、实际上是产业组织方式的战争。
三种正在形成的突围范式
笔者根据这两个月的走访和访谈,隐约看到三种正在形成的突破范式,可以借此判断未来五年这条赛道的走向。
第一种范式,姑且称之为技术源头式突围。我们可以从几家研究所背景的初创企业里看到,它们的共同点是团队里有一批耐得住寂寞的博士,公司的组织结构更接近实验室的延伸,早期资本市场的支持相对充分。这种范式的优点是能突破真正的技术天花板,缺点是产业化速度慢,需要长期资本耐心。
第二种范式是Fab共研式突围。晶合集成自建光罩厂,中芯国际光罩追加58亿元产能建设,都是这个逻辑的具体案例。当晶圆厂决定把光罩这一环节内部化以后,它对基板的需求就不再是一个第三方采购意义上的物料清单,而是一整套要跟自己的工艺深度耦合的材料体系。fab有钱、有产线、有终端应用场景,它可以把基板厂拉到自己的车间里,做联合开发。这种范式的优点是能拉动最难的先进制程材料同步进步,缺点是fab的注意力毕竟有限,愿意走这条路的fab数量本身并不多。
第三种范式,笔者称为“检测反推式”突围。这是一条看起来最不显眼、但可能最关键的路径。
EUV时代最贵的一款设备不是光罩,而是Lasertec的EUV检测机;日本厂商能够在整个光掩模产业链上保持垄断,很大程度上是因为它们同时握住了检测这一环节。中国要真正打破这个格局,必须要在无图形基板检测、AIMS空间成像检测这些环节上做出自己的原创工具。
2024年IWAPS上那份关于EUV光化缺陷检测的报告,鸣谢了国产供应链和高校合作提供的EUV光罩、国产基板厂商提供的石英基板、以及某高校提供的Mo/Si复合层镀膜,说明生态雏形已经在几家研究机构与企业之间形成。检测能力一旦国产化,基板厂就有了自己的裁判员,不用再拿豪雅当唯一baseline,追赶的镜像游戏才可能真正终结。
三种范式并不互斥。中科系企业既是技术源头式的代表,也在和一线光罩厂做类似Fab共研的联合开发;上海传芯、湖南韶光在铬板基板上打开了缺口,接下来的关键动作是进入PSM基板品类;而检测反推式突围能否走通,取决于国家层面对光化学检测这类基础设施的持续投入。
结语:最沉默、也最重要的角色
写到这里,可以回到最开始那个盖章的比喻。
中国光罩产业的五年跃迁,让越来越多的章开始由中国人自己刻。但那些还没被刻的空白章胚,绝大多数依然是从日本人手里买回来的。第三方光罩厂在推产能,Fab自建光罩厂在扩节点,基板厂在补上游的功课,三方在过去只是各做各的生意,如今开始被一根看不见的国产化主线串到了一起。
中国大陆的光掩模基板行业还远没有走到胜利那一刻。9个9的石英、纳米级的TTV、几十层的Mo/Si镀膜,每一项都是漫长的工程学问题,不会因为国家政策的加持而在两三年内跨越。但这场沉默突围之所以值得被看见,是因为它把国产替代的叙事拉到了一个更深的层次:真正的自主可控,不在最容易的那一层,也不在最耀眼的那一层,而在最上游、最枯燥、最需要工程师坐十年冷板凳的那一层。
中国大陆芯片产业在过去五年补上了光罩这一课,接下来的五年,能否补上光罩基板这一课,将决定这场产业竞赛的最终坐标。
那块巴掌大的方形石英玻璃,正在被越来越多的中国基板厂反复打磨、检测、镀膜、涂胶。它安静地躺在产线上,等待被电子束在它的表面上写下第一道图案。而它自己,正是这场更深处的博弈里,最沉默、也最重要的角色。
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- 责任编辑: 郭光昊
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