受出口管制影响，ASML 最先进的极紫外（EUV）光刻机无法进入中国市场。尽管美国芯片制造业主要依赖性能较弱的深紫外（DUV）光刻机，但通过关键层的多重曝光技术，这些设备仍能生产高性能芯片。然而，多重曝光模式带来了缺陷率上升、制造周期延长以及成本显著增加等挑战。半导体公司 Fractilia 联合创始人兼首席技术官 Chris Mack 等专家对此进行了分析。
长期以来，EUV 技术被视为中国突破尖端芯片制造的主要瓶颈。EUV 系统由荷兰 ASML 独家制造，利用 13.5 纳米波长的光线打印现代处理器中最复杂的特征。由于销售限制，中国制造商不得不转向使用较旧的 DUV 光刻技术。部分分析师指出，仅就 EUV 技术的差距而言，中国与西方之间至少存在半个十年的落后。
尽管如此，在没有 EUV 设备的情况下，中国仍利用现有技术取得了令人瞩目的进展。
2023 年对华为 Mate 60 Pro 的拆解显示，其搭载的麒麟 9000S 处理器由中芯国际（SMIC）采用第二代 7 纳米级工艺制造，且未使用 EUV 技术。近期对华为麒麟 9030 的分析发现，SMIC 已将其基于 DUV 的工艺推进至接近 5 纳米制造的密度水平，尽管在整体性能上仍落后于台积电和三星采用的领先工艺。
多重曝光的技术权衡
核心难点在于多重曝光技术。为了在不使用 EUV 的情况下制造复杂芯片层，制造商将复杂设计拆分为多个简单的图案层，并通过多次重复曝光来近似实现目标结构。
虽然这一方法可行，但讨论“无 EUV 制造”时往往忽略了背后的成本与质量权衡。Chris Mack 在接受 Toms Hardware Premium 采访时指出，行业传统观点认为，从成本角度看，使用 193nm 浸没式工具进行三次曝光的成本大致等同于使用 EUV 工具进行一次曝光的成本。“在三点曝光时，成本几乎处于平衡状态，”Mack 解释道，“当需要超过三个掩膜版时，EUV 才变得更具成本效益。”
此外，多重曝光可能导致产品质量下降和缺陷增多。晶圆上的每一层新图案都必须与已有图案完美对齐，曝光次数越多，出错概率越高。Mack 表示：“如果使用四个 193nm 掩膜版，就会面临各种重叠误差的风险。”
芯片设计师可以通过在功能单元周围预留更多空间来规避对齐问题，但这会导致芯片面积增大。更大的芯片意味着每片晶圆能切割出的合格模块数量减少，而晶圆本身价值数千美元，因此成本迅速攀升。“你不卖饼干，你卖的是这些模块，”Mack 说道，“关键在于能在一片晶圆上放置多少个模块。”
效率差距的现实体现
有证据表明这种效率差距在实际生产中确实存在，尤其是在存储芯片领域而非逻辑芯片。摩根士丹利在 6 月的一份报告中估计，中国 DRAM 制造商长鑫存储（CXMT）的位产出仅为西方竞争对手的三分之一左右。分析师认为，旧工艺节点导致的效率损失约占这一差距的三分之一。
哥本哈根商学院研究员 Douglas Fuller 在评论中指出，对于先进逻辑芯片，理论上可以在 EUV 之外探索其他创新路径，但这些方案不太可能具备同等的高效率和有效性。
这也解释了为何需谨慎看待中国达到特定半导体工艺“节点”的说法。如果声称达到了 7 纳米、5 纳米或 3 纳米节点，需考量实际制造效率与良率。
以 SMIC 最新芯片为例，报告显示其 N+3 工艺代表了向 5 纳米级制造的有意义进步，但实际测量数据显示，其特征尺寸仍远大于三星和台积电的 5 纳米工艺。不过，这并不意味着 DUV 技术已达到实用极限。
拓展 DUV 的应用边界
美光科技（Micron）展示了 DUV 技术的潜力，通过结合多重曝光和严格的过程控制，生产出具有竞争力的 DRAM 芯片。其 1-alpha 代芯片完全在未使用 EUV 的情况下开发。Mack 评价道：“他们将 193nm 技术推到了比其他任何存储器制造商都更远的程度。他们能够用 100% 的 193nm 技术制造出与三星和海力士使用多层 EUV 制造的芯片相竞争的产物。”
摩根士丹利认为，CXMT 计划转向 1-alpha DRAM，并希望在 HBM3e 中使用该技术，这证明在无 EUV 访问权限的情况下也能实现目标，美光的案例即为佐证。Fuller 预测：“到本十年末，先进封装技术将使企业能够使用 DUV 生产最新一代 DRAM。”
美光根据现有制造技术设计产品，而非简单地在旧设备上重建 EUV 工艺，这对中国制造商具有借鉴意义。Mack 解释说：“如果中国拥有完整的 193nm 浸没式生态系统，它们在 193nm 多重曝光方面可能会取得很大进展。”
然而，美光制造的是内存芯片，其高度重复的结构使得芯片设计与制造之间的紧密协调比手机和计算机中更复杂的逻辑处理器更容易实现。“内存比逻辑芯片容易得多，”Mack 总结道。
值得注意的是，即使是美光最终也认为引入 EUV 是必要的。其新一代 1-beta DRAM 工艺采用了 EUV 光刻技术，美光表示该技术相比前一代 1-beta 工艺可实现每片比特密度提升超过 30%。
EUV 并非万能魔法棒，它允许制造商通过增加曝光剂量来改善图案控制，但这同样导致成本迅速回升。因此，Mack 认为多重曝光在经济上替代 EUV 的程度是有限的。“如果没有 EUV，我很难相信三纳米或两纳米节点在经济上是可行的，”他说。
这并不意味着中国芯片制造商会因技术障碍而停滞不前。他们可以继续推进 DUV 技术，同时接受更大的芯片面积、更低的良率、更长的制造时间，或三者结合带来的后果。
此外，资金和能力也是关键因素。摩根士丹利假设，即使 CXMT 停留在无 EUV 的 1-alpha 工艺阶段，仅通过增加新兴产能，其在全球 DRAM 位供应中的份额仍将从 2026 年的 14% 增加到 2028 年的 16%。该银行还预计，通过新的先进节点能力、提高产量和大量国家支持，中国人工智能芯片的自给自足率将从 2025 年的 42% 上升到 2030 年的 70%，尽管在 EUV、HBM 和先进软件方面仍存在差距。专家们普遍认为，没有 EUV，中国在弥合与西方技术差距的过程中只能完成部分工作。Mack 重申：“我很难相信 3 纳米或 2 纳米节点在没有 EUV 的情况下是经济可行的。”
