2023年7月，中国上海微电子设备有限公司（SMEE）向昆山同兴达电子有限公司（Kunshan Tongxingda）交付了首台国产光刻机，标志着中国在光刻机领域的重大突破。这台SMEE光刻机采用了封装技术，将晶圆切割成芯粒，然后进行组装，实现了与传统光刻机不同的工艺路线，为中国的半导体产业提供了新的选择和优势。

国产光刻机的研发历程

光刻机是芯片制造的核心设备，决定了芯片的性能和成本。目前，全球光刻机市场被荷兰的ASML、日本的尼康和佳能三家公司垄断，其中ASML更是掌握了7纳米以下的极紫外（EUV）光刻机技术，占据了超过60%的市场份额。由于美国对中国的技术封锁和贸易战，中国半导体产业面临着严峻的挑战和压力。

为了打破国外的技术垄断和制约，中国在光刻机领域投入了巨大的资源和人力，拥有了长期的研发历程。2008年起，国家实施了“02专项”，旨在推动集成电路制造装备及成套工艺的发展²。在该项目下，我国研究团队一路攻坚克难，国产首套90纳米高端光刻机已经研制成功。2019年4月，武汉光电国家研究中心甘棕松团队通过2束激光，在自研的光刻胶上，突破光束衍射极限的限制，并使用远场光学的办法，光刻出最小9纳米线宽的线段⁴。该成果一举实现光刻机材料、软件和零部件的三大国产化。

2020年6月，上海微电子设备有限公司透露将在2021—2022年交付首台国产28纳米工艺浸没式光刻机。这意味着国产光刻机工艺从以前的90纳米一举突破到28纳米。虽然国产28纳米光刻机与已面世的5纳米顶尖制程存在较大差距，但常见的射频芯片、蓝牙芯片、功放芯片、路由器上的芯片、各种电器的驱动芯片等非核心逻辑芯片，仍采用28~90纳米工艺。在实际应用中，28纳米光刻机不仅能用来生产28纳米芯片，更有望通过多重曝光的方式生产14纳米、10纳米、7纳米芯片。

国产光刻机的封装技术

不久前，昆山同兴达电子有限公司购买了一台国产光刻机，而它的生产方是中国上海微电子设备有限公司。这台SMEE光刻机，从设计到生产全部由上海微电子公司独立研发，具有完全自主的知识产权，属于纯国产光刻机。然而，与传统的光刻机不同，SMEE光刻机采用了封装技术，将晶圆切割成芯粒，然后进行组装。

封装技术是一种将芯片与外部连接器相连的技术，可以提高芯片的性能、可靠性和功能。传统的封装技术是将芯片放在塑料或陶瓷的外壳中，然后用金属线或焊球连接到引脚或焊盘上。这种封装技术存在着体积大、功耗高、信号延迟长、散热差等缺点。

为了解决这些问题，近年来出现了一种新的封装技术，即芯片堆叠技术（Chip Stacking Technology）。这种技术是将多个芯片垂直堆叠在一起，然后用金属柱或铜柱连接起来，形成一个三维集成电路（3D IC）。这种技术可以大大缩小芯片的体积，提高芯片的性能和功能，降低功耗和成本。

SMEE光刻机就是利用了芯片堆叠技术，将晶圆切割成芯粒，然后进行组装。这样可以避免传统光刻机在晶圆上进行多次曝光的复杂过程，节省时间和资源。同时，也可以实现不同工艺、不同功能的芯片之间的互联和集成，提高芯片的性能和功能。

目前，这项技术仅中国实现了突破，使中国在光科技领域成为后来者居上的典范。据悉，SMEE光刻机已经开始试产芯片，并有望在2024年实现量产。

国产光刻机的意义和挑战

国产光刻机的交付和应用，对于中国的半导体产业具有重要的意义。一方面，它打破了国外对中国的技术封锁和制约，增强了中国在半导体领域的自主创新能力和自主可控能力。另一方面，它为中国提供了一条与国外不同的工艺路线和发展路径，拓展了中国在半导体领域的市场空间和竞争优势。

然而，国产光刻机也面临着不少的挑战和困难。首先，在光刻机领域，中国与国外仍存在较大的技术差距。目前国外已经实现了5纳米甚至3纳米以下的制程水平，而国产光刻机目前最高只能达到28纳米水平。要想缩小这种差距，需要持续加大投入和研发力度，并加强与国际合作和交流。其次，在半导体产业链的上下游环节，中国也需要加强自主研发和建设。目前，中国在芯片设计、材料、设备、封测等方面仍依赖于国外的供应和技术，这些都是制约中国半导体产业发展的瓶颈。因此，中国需要加快构建完整的半导体产业链，提高自给率和质量水平。

总之，国产光刻机的交付和应用，是中国半导体产业的一大里程碑，也是中国科技创新的一大成果。它展示了中国在光刻机领域的实力和潜力，也为中国在半导体领域的发展提供了新的机遇和挑战。我们期待着国产光刻机能够在未来发挥更大的作用，推动中国半导体产业的进步和繁荣。