没有EUV，中国芯片靠DUV多重曝光能走多远？

没有EUV光刻机，中国芯片产业还能把DUV用到什么程度？这个问题，半导体行业已经讨论了好几年。出口管制把ASML最先进的EUV设备挡在了门外，中国厂商只能靠深紫外（DUV）光刻机，通过多重曝光的方式，在关键芯片层上反复"套刻"，做出性能可用的硅片。

这条路走得比很多人预期的远。2023年拆解华为Mate 60 Pro时，发现其麒麟9000S处理器由中芯国际用第二代7nm级工艺制造，没有用到EUV。更近的分析显示，华为麒麟9030所用的中芯国际DUV工艺，在密度上已经更接近5nm制造水平，但仍落后于台积电和三星的领先工艺。

多重曝光的原理并不复杂：与其一次性把过于复杂的芯片层印出来，不如把复杂设计拆成几个更简单的图案，重复多次，最终蚀刻出接近目标层的结构。办法确实管用，但代价也随之而来。

三次曝光是成本分水岭

光刻专家、半导体公司Fractilia联合创始人兼CTO克里斯·麦克（Chris Mack）在接受采访时说，行业早期的共识是：在193浸没式设备上做三次曝光，成本大约等于EUV设备上的一次曝光。"三次的时候差不多打平，"麦克说，"但一旦到了四张掩膜——用一张EUV掩膜替代193掩膜——EUV就变得更有成本效益了。"

成本之外还有良率问题。每进行一次晶圆曝光，新图案都必须与下方已经蚀刻的结构精确对齐。一层芯片需要的曝光次数越多，出错的机会就越多。"假设你有四张193掩膜，就会有各种不同的套刻，各种工艺偏差开始累积，"麦克说。

芯片设计者可以尝试在结构周围留出更多空间，让成品能够被可靠地制造出来。但这样做的结果是芯片面积变大，而大芯片的成本上升得非常快。每颗裸片变大，每片晶圆上能放下的数量就变少，而晶圆本身价格高昂，每片数万美元。"你卖的不是晶圆，是裸片，"麦克说，"问题是我能在一片晶圆上放多少裸片，其中多少能良率达标，因此每片晶圆能卖出多少芯片？"

效率差距的现实参照

这种效率差距在存储芯片上已有参照。摩根士丹利6月的一份报告估计，中国DRAM厂商长鑫存储每片晶圆产出的比特数只有西方竞争对手的三分之一左右。分析师认为，较旧的工艺节点只能解释其中约三分之一的差距，光刻设备的可获得性是限制中国存储发展的"硬天花板"。

哥本哈根商学院研究员道格拉斯·富勒（Douglas Fuller）表示，对于先进逻辑芯片，理论上可能存在其他创新来绕开EUV，但"它们不太可能非常高效和有效"。

这也是为什么关于中国达到某个半导体工艺"节点"的说法需要谨慎对待。"如果有人说这是X节点——7nm节点、5nm节点、3nm节点——这些词几乎没有什么意义，"麦克说。报道显示中芯国际的N+3工艺向5nm级制造迈出了有意义的进展，但实际测量表明，其缩放程度仍明显低于三星和台积电成熟的5nm工艺。

DUV的潜力也并非已经挖尽。美光就是一个例子：其1-alpha代芯片在没有EUV的情况下开发，靠DUV、多重曝光和严格的工艺控制做出了有竞争力的DRAM。"他们把193推得比其他任何存储厂商都远，"麦克说，"用100%的193设备做出了非常有竞争力的芯片，而三星和SK海力士用了很多层EUV。"摩根士丹利认为，长鑫存储计划转向1-alpha DRAM（拟用于HBM3e）在没有EUV的情况下是可以实现的，并援引美光作为证据。富勒则认为，到本十年末，先进封装将让企业能够用DUV生产最新几代DRAM。

美光的另一个做法也值得注意：它是围绕自己可获得的制造技术来设计产品，而不是简单地在旧设备上复刻EUV工艺。"如果整个193浸没式生态都对中国开放，"麦克说，"那他们大概能靠193多重曝光走很远，尤其是如果针对将使用该技术这一事实来优化设计。"但美光做的是存储芯片，其高度重复的结构让设计与制造之间的紧密协调比逻辑处理器容易得多。"存储比逻辑容易得多，"麦克说。

而且美光最终也认定EUV值得使用。其更新的1-gamma DRAM工艺采用了EUV，美光称该技术帮助其每片晶圆的比特密度比上一代1-beta提升了30%以上。

EUV也不是万能灵药。麦克提到随机效应——曝光中涉及的光子数量很少而导致的微小随机变化——意味着制造商可以通过提高EUV曝光剂量来改善图案控制，但这会迅速推高成本。因此他认为，多重曝光在经济上替代EUV终究有极限。"我很难真正相信，3nm或2nm节点在没有EUV的情况下在经济上可行，"他说。

这不意味着中国芯片制造商撞上技术墙就停下来。他们可以继续推进DUV，同时接受更大的裸片、更低的良率、更长的制造时间，或者三者兼有。也可以把产能和资金投向问题的一部分：摩根士丹利假设长鑫存储在没有EUV的情况下停留在1-alpha工艺，但仅靠新建产能，其全球DRAM比特供应份额仍将从2026年的14%升至2028年的16%。该行还预计，中国的AI芯片自给率将从2025年的42%升至2030年的70%，依靠新的先进节点产能、良率改善和大力度的国家支持——而EUV、HBM和先进软件仍留下持续存在的差距。