国产光刻机现在几nm了（一会5nm一会90nm国产光刻机什么水平）

疫情期间一则消息引起广大网友的热议，网传拿医疗用品来和荷兰换顶尖光刻机，这也让国产光刻机再次走进人们热议视线。

ASML光刻机

而对于光刻机大部分人还是了解不多，例如有人说国内可以实现5nm了，又有人说我们现在光刻机仍然处于90nm水平。这个时候就比较懵了，究竟哪个才是真的呢？实际上这里大部分人是混淆了光刻机和蚀刻机两个概念，虽然它们两者仅仅是一字之差，但代表意义却大不相同。

国内目前水平：光刻机仍然是处于90nm水平，蚀刻机达到了5nm水平。2018年时中科院的“超分辨光刻装备研制”通过验收，它的光刻分辨力达到22nm，结合双重曝光技术后，未来还可用于制造10nm级别的芯片。但是这仅限于实验室阶段，实现商用还是需要一定时间。

光刻机和蚀刻机

想要明白这两个物件作用与区别，就要先来看看一块芯片是怎么来的，下面大致介绍一块芯片的主要加工流程。

一个芯片生产的大致过程，实际上比这更要复杂繁琐

芯片制造原材料沙子：沙子中一部分成分是硅，主要是以二氧化硅的形式存在。

硅熔炼：

制造芯片需要高纯度的硅，一般要求硅纯度达到99.99%。而利用特殊的工艺对沙子进行熔炼处理，可以得到电子硅级（EGS）这个时候它的纯度已经很高了，一百万个硅原子中仅有极少量杂质存在，纯度可以达到99.99。熔炼之后，最后形成的就是硅锭。

沙子进行熔炼处理，可以获取纯度更高的硅

切割抛光：

硅锭是一个圆柱体形，利用钻石刀横向把硅锭切割成一片一片的硅片，这个硅片又称之为晶圆 (Wafer)晶圆会经过抛光处理，表面特别的光滑。

图左为硅锭切割，图右则是晶圆

晶圆涂胶：

切割抛光处理后的晶圆放到特定工作台，晶圆在旋转过程中把光刻胶（photo resist）均匀的涂抹在晶圆表面，涂抹厚度非常薄。

对切割好的晶圆进行表面涂胶

光刻机进行光刻：

光刻胶层透过掩膜（Mask）暴露在紫外光下，这个掩膜其实就是事先画好的芯片内部的电路图。暴露在紫外光下的光刻胶会被溶解除去，而紫外光会透着这个掩膜在晶圆上复印成芯片的大致电路结构。

紫外光透过掩膜（也就是绘制好的电路图）把光刻胶溶解掉

蚀刻机进行蚀刻：

利用特殊化学物质把暴露的晶圆腐蚀掉，而一些位置由于被光刻胶覆盖，从而不能被腐蚀。这个时候除去全部的光刻胶，整个芯片的大致图案就出来了。

下面还会进行再次涂抹光刻胶、再次进行光刻、离子注入、清除光刻胶、电镀、表面镀铜、抛光、切割、检测等程序，就成了我们见到的芯片。这里受于篇幅原因，以及主要是为了介绍光刻机和蚀刻机就不多介绍。

光刻机

光刻机（Mask Aligner) 又名掩模对准曝光机，主要是芯片加工过程中除去晶圆表面涂抹的光刻胶，把芯片设计的电路图复印晶圆上面。国内光刻机最先进的是上海微电子装备股份有限公司，目前仍然处于90nm水平，代表的是自家SMEE200系列光刻机。

上海微电子设备有限公司做的光刻机

其它的像无锡影幻半导体公司、合肥芯硕半导体公司都只能够拥有200nm工艺的光刻机量产能力。与光刻机巨头ASML相比差很多，ASML在十几年前就已经达到了14nm水平。

蚀刻机

蚀刻机的作用是把光刻机复印在晶圆上的图案进行雕刻，把它的电路结构雕刻出来。中微半导体公司在几年前就宣布过突破了5nm蚀刻机，并且得到了全球第一大晶圆代工厂台积电的认证。

这里也可以这么去理解，光刻机好比在一个圆盘上复印了一幅画的图案，而蚀刻机就是把光刻机在圆盘上复印的图案进行雕刻。

而要说两个谁重要，谁更加的复杂，就可以用一个比喻来说。光刻机地位就好比一个人的头部，蚀刻机相当于人体的四肢，头部起着控制作用。并且这个头也有可能不采用你的这个四肢，用其它的蚀刻机进行代替。而且光刻机的生产研发难度要远高于蚀刻机，其它厂商也有替代的高端蚀刻机。

大部分人估计都有疑问了，氢弹、原子弹、核潜艇我们都能做出来，这个光刻机为什么一直那么的落后，ASML为何做光刻机如此厉害？

ASML为何如此强

全球能生产光刻机的厂商也有不少，主要有名的就是ASML和佳能以及尼康三家。但是佳能和尼康与ASML相比不是属于一个级别，荷兰ASML占据全球将近80%以上的份额，一台顶尖的EUV光刻机可以卖到数亿美元。而且供不应求，订单可以排好几年。

ASML光刻机

1、独特模式

不同于其它企业的单打独斗，ASML走的是兄弟齐心合力。也就是想要优先获得顶尖光刻机，必须要投资入股我。像三星、台积电、英特尔、德国蔡司都是它的股东，德国蔡司更是占据了ASML公司24.9％股份，而这些公司也是可以优先获得ASML最新的光刻机。

合作伙伴

这些公司也给它提供顶尖的技术支持，例如德国蔡司镜头。蔡司工厂一个职位是祖孙三代人进行传接，技术封锁严格，并且蔡司的镜头和镜片的技术也经过了上百年的沉淀。而美国又给它提供了顶级的光源系统，德国也提供了全气动轴承设计专利技术，这个专利技术能够有效避免轴承机械摩擦所带来的工艺误差。

2、专心研发投入

ASML不是一个杂货铺公司，像雅马哈虽然是一个非常大的企业，但是做的东西非常杂。ASML自从几十年前调整结构后，就一直专心与光刻机的研发，不涉及其它领域研究。

2007年ASML和尼康以及佳能的差距并不是很明显，而2017年之后，ASML联合全球第一大晶圆代工厂台积电推出193纳米的光源浸没式系统，而佳能和尼康用了另外的方案，后来被证实不可取。自此ASML甩开了尼康和佳能，逐渐成为光刻机行业的垄断者。

ASML创始历程

2019年 ASML全球销售额大概是21亿欧元左右，而它的研发费用支出就达到了4.8亿欧元，研发费用占总营收的比例达到22.8%，同时荷兰ASML也是欧洲人均科研经费排名第二的高科技公司。

3、注重知识产权

ASML从事光刻机比较早，不仅仅在研发投入上大，而且在知识产权申请上也是特别重视。它们对很多技术都做了专利申请，别的公司想要超越难免遇到它的专利，想要使用专利必须要缴纳一定的费用，并且一些专利也是拒绝第三方使用。

在全球知识产权使用费出口排名中，荷兰达到2392亿美元，仅次于美国和日本，超过德国，英国，法国等欧洲大国。

4、特殊照顾

西方国家对于我们是禁止提供光刻机的技术，以及生产光刻机所需要零部件，例如光刻机必备的镜头。这一点除了德国蔡司能够做出顶级镜头，其它公司做的根本满足不了顶尖光刻机要求。

而荷兰ASML得到了欧盟以及美国的特殊照顾，虽然它也是一个组装公司，但是它的技术全部来源于欧洲和美国的公司，技术使用根本不受限制。这一点就好比欧洲提供顶尖镜头、轴承、控制系统，美国公司提供了顶级光栅等。这些全部都是不受任何限制，因此它的发展比较自由。

谈完了ASML为何如此成功，就要说说我们国家光刻机，以及国内应该如何来做出更加顶级光刻机。

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上海微电子设备有限公司总经理去德国考察时，德国工程师说了这么一句话：就算我们把全部图纸交给你们，你们也不可能做出顶级光刻机。

这句话并不是没有道理，因为光刻机堪称人类智慧集大成的产物，它被称为现代光学工业之花。它内部对于精度要求非常高，一颗指甲盖大小芯片内部集成百亿个晶体管。它的精度就像坐在一架超音速飞行的飞机上时，拿着线头穿进另一架飞机上的针孔。从这句话就能看出，别人并不是嘲笑，而是说出来了最基本的事实。

ASML光刻机

一台光刻机有几万个零部件，这些零部件全部是来自全球顶级公司生产制造，而这些基本上都是禁止对我们国家出口。因此顶尖部件你买不到，又何谈做顶尖光刻机。

谈国内光刻机发展

反观我们国内，其实这些企业处于单打独斗的状态，也就是一家公司扛下了所有。而我们从ASML身上也是可以获得经验，为何总是一家单打独斗，共同努力不更好吗？

因此笔者认为国内涉及相关光刻机零部件的企业应该形成一条战线，改变传统的单打独斗的模式，各个公司利用自己的长处提供先进的技术。例如这家可以提供先进控制系统、那家可以提供镜头、其它家提供各种相应的零部件。

这样做光刻机就不再是一家单打独斗了，而是背后有很多的企业支撑，ASML如此强也是靠着很多个企业顶尖技术支撑。一家企业算的上一小粒米，而几百家企业共同一块这个规模就大了。有句俗话说得好，人多力量大，团结就是力量。

更深层次来说，不单单是各家占据一个战线，更重要的还是科研投入。目前国内大多数企业仍然存有买办思维，以及只想着去做组装的堕落思维。国产芯片企业数十年投入上千亿才成就了今天可以和高通媲美的局面。而光刻机作为一个高科技产物，科研投入更不能少。相应公司应考虑大局，格局变大一点，只有足够多的科研投入，让科研者享受足够高的报酬，那么这些东西成效也是非常的快。

其实不单单企业要进行联合，也是需要进行立项投资支持，就像当初研究原子弹一样。而这里京东方也是一个例子，正是投资扶持，才成就了今天京东方的地位。随着科技发展，芯片的地位至关重要，而我们国内几个手机厂商也是全球比较大的厂商，每年需要大量的芯片，一旦遭到国外断供，对于部分企业来说，这个打击是毁灭性的。

笔者结语

光刻机领域国内与国外还是有非常大的差距，但是并不代表一直就落后于人。目前需要的是时间，积累技术，逐个进行突破。

国产90nm光刻机并不是没有什么用途，并不是只有7nm工艺的才算芯片。像手机内部主板上的射频芯片、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用的还是28-90nm工艺的芯片。

对于网友所说的，把国外光刻机拆解研究复制，这是一个不可行的事！因为对于这种设备、包括一些顶尖机床和设备来说，公司远程可以控制。这些机器都会有各种传感器检测，一旦发现机器位置移动或者部件被拆解，远程可以实现锁机。

一旦机器被锁，虽然机器确实在你车间，但是和一堆废铁没什么两样。因此这些想法根本行不通，最重要的还是靠着自己研发投入，不断攻克难关，积累技术。

2G、3G时代我们落后于人，4G时代进行赶超，5G时代实现了领先，这靠的正是重视科研技术投入。而在光刻机领域，我们也不可能一直受制于人，需要的时间来突破，未来值得我们期待！

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