芯片制造难不难：1、3nm只是文字科技，3nm其实就是23纳米

随着5G、人工智能、云计算等技术的快速发展，芯片行业变得愈发重要，而作为半导体行业的“心脏”，晶体管尺寸成为各大晶圆厂竞相追逐的焦点。我们常听到的7nm、5nm、3nm等工艺节点究竟代表什么呢？今天我们就来深入浅出地介绍一下这些芯片工艺，让大家能够轻松了解这一高深的技术领域。

以前英特尔老老实实地标注栅机，结果被各种吐槽。瞧瞧现在，英特尔也不老实啦。按它的标准应该一直就是 14++……了。实际上呀，咱们都清楚英特尔曾经是想严谨命名的，它还想保留那最后的一点倔强。所以呢，intel 的 14nm 足足打磨了 5 年。为啥呀？因为它发现自己工艺的提升跟晶体管、栅极对应不上，所以就干脆不改变工艺节点。正因如此，才有了intel 的 14nm 能跟台积电、三星的 10nm 相媲美的情况，intel 的 7nm 能和台积电的 5nm 、三星的 3nm 一较高下。2022 年末，台积电弄出了 3nm 工艺，半年前三星也搞出来了。一般来说，就英特尔在 10nm 工艺之前的标注还算准，后来台积电和三星这俩家伙，标注就是为了好宣传好卖货。实际上，同等工艺下，Intel 还是最棒的。

这等效 3nm 可不是说线宽哟，FinFET 之后，用原来多少 nm 线宽来描述工艺就不合适啦。这里面还有 fin、gate 的尺寸，东西可多着呢！得先讲讲啥叫等效工艺大家才能明白。比如说，一开始栅极到 28nm 或者 14nm 就差不多到极限了，要是工艺和设计图不行，成品处理速度才 10M/s，改进之后速度变成 20M/s，（说法而已，不严谨） -就敢号称 10nm 芯片啦（其实大多数栅极还是 28nm 呢）！还有啊，整个芯片有亿级数量的晶体管，里面有几个 7nm 的，嘿嘿，就敢号称几 nm 啦！

从150nm到3nm：工艺节点的演变

在芯片制造的早期，工艺节点与晶体管的栅极长度（Gate Length）是直接对应的。例如，在150nm的时代，芯片工艺节点就是150nm，晶体管的栅极长度也是150nm。然而，随着技术的进步，这种简单的对应关系逐渐被打破了。

进入130nm工艺节点时，晶圆厂开始采用等效工艺的概念。所谓等效工艺，即工艺节点的命名并不再直接反映栅极长度，而是反映出晶体管密度和性能的提升。例如，28nm工艺节点的实际栅极长度可能是65nm左右，14nm工艺节点的实际栅极长度可能小于30nm。

3nm工艺背后的真相

近期，全球领先的光刻机制造商ASML在公布其EUV（极紫外光刻）光刻机路线图时，揭示了各大晶圆厂的实际工艺数据。ASML的数据显示，当前所谓的3nm工艺，实际的金属半节距（Metal Pitch）约为23nm，1nm工艺的金属半节距约为18nm。

那么，为什么3nm工艺节点的实际金属半节距会是23nm呢？

首先，我们需要了解金属半节距的概念。金属半节距是指相邻金属线之间的距离的一半，它是衡量芯片工艺精细程度的重要指标。传统的栅极长度（Gate Length）只反映了晶体管的一个维度，而金属半节距则涵盖了更多的细节，如晶体管之间的互连和整体布局。

其次，光刻技术是影响金属半节距的关键因素。目前的EUV光刻机采用13.5nm波长的光刻光源，根据光刻原理，光源波长必须小于要刻蚀的图形尺寸才能实现精确刻蚀。因此，当前EUV光刻机能够实现的最小图形尺寸约为13.5nm，而3nm工艺节点的实际金属半节距为23nm就变得可以理解了。

根据ASML的PPT，我们来复盘总结下关键数据：

N3（3nm工艺）实际对应的金属半节距为23nm。

N2（2nm工艺）实际对应的金属半节距为22nm。

A14（1.4nm工艺）实际对应的金属半节距为21nm。

A10（1nm工艺）实际对应的金属半节距为18nm。

A7（0.7nm工艺）实际对应的金属半节距为18-16nm。

A2（0.2nm工艺）实际对应的金属半节距为16-12nm。

尽管3nm、1nm等工艺节点并不代表实际的物理尺寸，但这些节点名称仍然具有重要意义。它们大致反映了晶体管的密度和性能水平，同时也是市场营销的重要工具。了解这一点后，我们可以更理性地看待各大厂商的宣传。

ASML的EUV光刻机：推动芯片工艺进步的关键

ASML是全球唯一一家能够生产EUV光刻机的公司。EUV光刻机的问世，使得7nm及以下节点的芯片制造成为可能。2023年底，ASML向英特尔交付了首套High NA EUV光刻机，其数值孔径（NA）从标准EUV光刻机的0.33提升至0.55。这一提升使得光刻机的分辨率从13nm提高到8nm，大大提升了制造精度和生产效率。

未来，High NA EUV光刻机将支持2nm芯片的量产，到2029年有望支持1nm芯片的量产。更为先进的Hyper-NA EUV光刻机也正在研发中，预计将进一步推动芯片工艺的进步。

虽然中国目前尚未掌握最先进的EUV光刻机技术，但依靠现有的DUV（深紫外光刻）光刻机，已经能够满足中低端芯片的市场需求。DUV光刻机的成熟应用，使得28nm及以上节点的芯片制造得以顺利进行。通过多重曝光技术可以造出等效工艺7nm的芯片。

通过以上介绍，我们了解到所谓的3nm、1nm工艺节点并不代表实际的物理尺寸，而是反映了晶体管密度和性能的提升。同时，ASML的EUV光刻机是实现这些先进工艺节点的关键设备。当然，制造自己的EUV光刻机是中国半导体行业的目标。尽管这一过程可能需要较长时间，但随着技术的不断积累和突破，我们有理由相信，中国在未来将具备自主研发和生产EUV光刻机的能力。

中微公司董事长尹志尧：国产芯片设备5-10年后将达到国际先进技术水平｜硅基世界

中微公司创始人、董事长兼CEO尹志尧

近日，中微公司创收人、董事长兼CEO尹志尧，拓荆科技董事长吕光泉，华海清科董事、总经理张国铭，中科飞测董事长、总经理陈鲁四位半导体设备领域上市公司CEO参加上海证券交易所联合举行的科创板开市五周年之际活动。

其中，尹志尧在会上表示，尽管中国在半导体设备领域距离国外先进还有很长的路要走，但截至今年夏天，中国半导体设备可实现自主可控，而在未来5-10年内，中国半导体设备完全有可能达到以美国企业为首的国外先进技术水平。

“我想本土化这个事情是没有办法的选择，因为理想状态下，全球集成电路产业应该是互相协同的，因为它牵扯到几千个步骤，上下游产业链非常之强，很少有一个国家或者一个企业从上到下全部打通的。但是在目前的国际形势紧张情况下，这是我们没有办法的选择，但对我们来讲也是一个激励，看我们有没有能力在这么短时间内能不能真正把本土化做好。我们看到，最近两三年（市场）非常的积极，很多公司都在拼命的做。所以，到今年夏天左右，我们基本上可以做到自主可控，国内厂商很多都可以跟上去做，当然质量和可靠性和水平还有一定差距，但至少可以替代。”尹志尧指出，中国应该承认在半导体设备领域离国际最先进水平还有相当一段距离，当前“国内可提供设备占集成电路生产线的15%-30%，但中国有上百个设备公司、20多个成熟公司正在拼命努力，几乎涵盖半导体十大类设备，所以我个人还是有非常大的信心。我们应该用5年、10年的时间，要达到国际最先进水平是完全可以实现的。 ”

随着美国持续对华芯片设备的出口管制，国内开始加速国产芯片设备研发。近年来，国内半导体设备实现了从无到有的飞跃，令中国芯片产业生态和制造体系不断完善，国内高端设备的自给率逐步提升。根据SEMI的统计，2023年，中国大陆半导体设备销售额为366亿美元，连续第四年成为全球最大的半导体设备市场。

但另一方面，中国半导体设备整体技术水平相较于海外设备龙头仍有较大差距，目前国内半导体设备市场也主要由美国、日本、荷兰等国的海外企业所占据，全球半导体设备市场仍处于寡头垄断局面。

CINNO Research数据显示，2022年上半年全球半导体设备厂商TOP 5分别为：应用材料（NASDAQ:AMAT，美国）、阿斯麦（ASML，荷兰）、东京电子（Tokyo Electron，日本）、泛林集团（美国）、科磊（KLA Corp，NASDAQ:KLAC，美国），总占比超过70%以上，从而把晶圆制造的关键流程设备全覆盖。

从左至右：广发证券发展研究中心总经理许兴军，拓荆科技董事长吕光泉，中微公司董事长尹志尧，华海清科总经理张国铭，中科飞测董事长陈鲁

这意味着，当前中国芯片设备领域仍严重依赖海外企业，自主率较低。因此，行业人士认为，国内芯片设备厂商依然需要通过国际合作不断壮大。

吕光泉表示，中国芯片市场还是非常巨大，2023年，全球大约2000多亿美元对中国芯片半导体的市场需求，但其中70%-80%依然依赖进口，因此，如果芯片制造往中国偏移的话，能够把整个产业链给带起来。

“产业链这么长，你彻底脱钩是不可能的。因为脱钩以后，你也就跟国际最先进的技术也就脱钩了。所以，在政策合规合法的范围内，还是要继续坚持国际合作。”吕光泉表示。

但陈鲁却担忧海外芯片设备企业（美国科磊KLA）一家垄断情况。他指出，中国企业有三个劣势，“历史不如别人，规模不如别人，最后一个品牌知名程度，也不如对方”。据悉，VLSI数据统计，2023年全球半导体检测和量测设备市场规模达到128.3 亿美元，其中KLA一家合计市场份额占比达到55.8%。

因此，陈鲁强调，中国企业需要快速迭代已有的研发设备，比如，一种设备通过不到10年的时间能够走过国外设备厂商可能几十年走完了研发道路，从售前、研发、售后形成闭环的快速迭代，才会追赶国外垄断性设备厂商。

尹志尧则指出，芯片设备的采购部分依然无法实现自主可控。他提到，目前刻蚀机上已经有60%的零部件是通过国内采购，在MOCVD设备上的零部件国内采购比例高达80%，但是，60~80%达百分之办法还有一部分是国外比较领先的供应厂商在中国的子公司做的，而这些零部件在中国可能会受到相当程度上的限制，因此中国最近两年正在解决这些零部件的自主可控问题。

展望下一步，尹志尧表示， 中微的刻蚀机基本上可以覆盖绝大部分的刻蚀应用，但客户群处在技术的领先位置和国外还差了两三代，所以还需要整个产业追赶上去。同时，中微也在布局电子束检测等领域，以解决芯片光刻环节中的自主可控问题。

谈到人工智能，尹志尧强调，AI不是一场革命，AI只是计算机（数码）产业的一个应用，他跑（运行）不了1010，也运行不出芯片，这是一个应用，在应用的范围特别深刻，所以，中国需要找到 AI 在集成电路和芯片设备的作用。

“从芯片设备角度来说，我没有看到瓶颈。我并没有看到技术不能越过去的坎，所以还是那句话，要咬紧牙关，一步一步有耐心的把它往下做，就可以把它做好。”尹志尧直言，国产半导体设备发展任重而道远。

（本文首发于钛媒体App，作者｜林志佳，编辑｜胡润峰）

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