国产光刻机之路,任重而道远

光刻机，这个生僻的家产制造装备名称，在2020年成为了收集热搜词：它和下一代家产革命的焦点产物，芯片，相关亲近。没有高精度的芯片，那些改变人类糊口和经济的焦点技能，如人工智能，假造实际（VR），物联网，下一代无线通讯，都不行能实现。

可以说，光刻机之于我们这个期间，犹如蒸汽机，发电机，以及计较机之于前三次家产革命一样重要，是权衡一国科技研发与家产程度的标杆。不少专家指出，我国制造先历程度光刻机的难度，堪比昔时制造原子弹。

微雕，以光为刀

那么，起首让我们先来看，光刻机是什么？

光刻机，这台可以卖到上亿欧元的慎密装备，是通过紫外光作为“画笔”，把预先计划好的芯片电子线路誊写到硅晶圆旋涂的光刻胶上，精度可以到达头发丝的千分之一。举个例子，华为海思乐成计划开拓了麒麟系列芯片，想要真正做成手机芯片，就必要台积电操作光刻工艺来举办代工制造。

光刻的道理和进程一样平常是这样的：起首制备出芯片电路图的掩膜版，然后在硅片上旋涂上光刻胶，操作紫外光源通过掩膜版照射到光刻胶上。颠末瞄准曝光后，紫外光照射到地区的光刻胶会由于化学效应而产生变性，再通过显影浸染将曝光的光刻胶去除，下一步回收干法刻蚀将芯片电路图转达到硅晶圆上。

光刻工艺直接抉择了芯片中晶体管的尺寸和机能，是芯片出产中最为要害的进程。光刻机中的曝光光源抉择了光刻工艺加工器件的线宽等特性尺寸，当前市场主流回收深紫外（DUV，193 nm）光源，最先辈的是回收极紫外（EUV，13.5 nm）光源的的EUV光刻机。

当代光刻工艺一样平常包括硅晶圆的洗濯烘干，光刻胶的旋涂烤胶，瞄准曝光，显影，刻蚀以及检测等多重工序。因为当代芯片的伟大性，出产进程每每必要颠末几十次的光刻，耗时占有了芯片出产环节的一半，光刻本钱也到达了出产本钱的三分之一。

阿斯麦，皇冠上的珍珠

听完光刻道理和进程，你也许认为这也没什么啊，一台光刻机怎么能比造原子弹还难啊？

要知道跟着科技的成长，当代高端手机芯片中的晶体管到达上百亿个，华为5nm制程的麒麟1020芯片密度高达每平方毫米1.7亿个。这样的加工精度抉择着光刻机是半导体制造进程中技能含量最高的装备，涉及到从紫外光源、光学镜头、慎密行为和情形节制等多项天下各国顶级科技成绩的运用。

光刻机被称为当代半导体行业皇冠上的明珠，此刻单台EUV光刻机配件多达10万个，价值高达1.2亿美元。当宿天下上光刻机市场的老大是荷兰的阿斯麦ASML，占有了环球高端光刻机市场份额的89%，剩下的被日本的尼康和佳能所朋分。而7纳米以下的EUV光刻机市场则被阿斯麦完全把持，把尼康和佳能等竞争敌手踢进场外。

环视天下，能造原子弹的国度已经许多，但高端的EUV光刻机，此刻能制造的只有荷兰的阿斯麦公司。一方面，一台EUV光刻机10万配件，集结了环球顶级技能，不是一个国度的技能储蓄力气可以或许独立实现的。另一方面，光刻机事实只是出产器材，不像原子弹这样的国之重器，可以不计本钱靠举国之力举办制造，光刻机只是芯片制造中的一个环节，还必要上下流财富链的支持，能造出来不特别，重要的是还能靠它赚钱。

那小搭档们的题目又来了，为什么环球半导体财富的成长主力齐集在美日韩以及中国台湾，为何环球最大的光刻机装备提供商，竟然不是来自天下科技霸主美利坚，而是荷兰这个风车之国？

着实，阿斯麦的前身属于闻名的电子厂商飞利浦，1984年才开始独立运营。在阿斯麦早期成长时，就面对着要和崛起的日本芯片厂商尼康和佳能的剧烈竞争，但阿斯麦掌握住了国际风云的变革，专注于光刻机焦点技能的研发，通过与西欧大学以及研究机构的相助，打造上下流好处链条，奠基了坚硬的技能基本，用了30年时刻成立起了极高的技能壁垒。

对付荷兰阿斯麦来讲，与台积电相助研制浸润式光刻装备机，就是它的诺曼底登岸之战。

它抓住了这个技能成长要害转折点，从而实现高端光刻机的技能打破，得到芯片制造市场的主导职位。

2002年阁下，传统193 nm深紫外光刻机推进到芯片的65nm程度时，碰着了亘古未有的瓶颈。日本的微影双雄尼康和佳能选择的技能蹊径是：继承低落曝光波长，开拓波长更短的157 nm深紫外光刻机。

这时，台积电的一名工程师林本坚提出：以水为介质可以制造浸润式光刻机，在镜头与晶圆曝光地区之间的旷地布满高折射率的水，水对193 nm紫外光的折射率为1.44，从而实此刻水中等效波长为134 nm，从而一举实现 45nm以下制程。

浸润式光刻机，这个设法是缔造性的，但在技能上怎样实现照旧个大题目。

其时，阿斯麦的首要竞争敌手尼康和佳能，对浸润式光刻机远景并不看好，一向主攻更短波长的深紫外光源。而阿斯麦则赌上了企业成长的运气，与台积电连系攻关，颠末三年的尽力投入研发，浸润式光刻机终获乐成，从而改写了将来半导体十余年的成长蓝图，将芯片加工的技能节点从65 nm一连降落。光刻要害技能的重大打破，直接拉动阿斯麦的市场占据率由25%攀升至80%，把尼康和佳能打的满地找牙。

真正让阿斯麦称霸光刻机规模的战争，是极紫外EUV光刻机技能的开拓。

极紫外光刻的道理是20世纪80年月由日本人提出并验证的，但怎样实现低本钱的量产，是摆在日本和西欧各国半导体业界眼前的巨浩劫题。

作为天下第一的科技霸主，美国面临其时日本芯片财富的崛起，也是不能容忍的。出于国度安详和贸易好处的思量，为了篡夺美国在半导体行业上的上风，为了在下一代半导体制程上把日本芯片企业赶出局，从EUV光刻机入手，美国当局和业界专门创立了复仇者同盟，啊不，是EUV同盟。由英特尔、AMD、摩托罗拉和IBM等业界巨头，加上附属于美国能源部的桑迪亚国度尝试室和劳伦斯利弗莫尔国度尝试室构成，可谓声势强盛， 配合攻陷出产装备的困难。而欧洲30余国也紧跟潮水，齐集了科研院所的研究力气，参加EUV光刻技能的开拓。

荷兰阿斯麦公司作为把握光刻机体系集成和整体架构的焦点企业，天然成了西欧自家的小棉袄，顺遂遇上了西欧EUV技能研究成长的风口，投资德国卡尔蔡司，收购美国Cymer光源。集成天下各国顶尖科技的EUV光刻机研发乐成，一举奠基了阿斯麦在高端EUV光刻机规模的把持职位，EUV光刻机的慎密水平已经到达给你图纸，也无可复制。

当前，ASML成为天下上独一拥有EUV光刻机出产手段的产商，以波长13.5 nm的极紫外光作为光源，可以实现7 nm以下制程的芯片，当前苹果和华为等旗舰手机的5nm 制程芯片都是由阿斯麦EUV光刻机出产。尼康和佳能面临技能壁垒和巨资开拓投资，只能望EUV而兴叹，起个大早，没遇上集。

（编辑：湖南网）

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