光刻机国家重点研发计划（中国研究光刻机龙头企业）
光刻机国家重点研发计划（中国研究光刻机龙头企业）
十三五国家重点研发计划“光电子与微电子器件及集成”重点专项专家组组长、中科院半导体所副所长祝宁华表示，我国近年来不间断地支持光电子领域的科技创新，从“863”计划、“973”计划到国家自然科学基金等各类项目，都投入大量资金引导高校、科研院所和企业对光电子芯片和模块的关键技术进行了广泛而深入的研究，取得了丰硕的创新性成果。
“当前我国已掌握中低端光电子器件关键技术，具备生产能力，但产能不足。在高端光电子器件研发方面，一些关键技术取得突破性进展，研制成功的原型器件通过系统功能验证，某些关键技术达到国际先进水平。”祝宁华介绍，仅从“863”计划的十二五规划来看，国家针对宽带通信、高性能计算机、骨干网络、光交换、接入网、无线通信和微波光波融合等领域方向中的光电子器件进行了重点部署。
“这些研发项目有很多都是前瞻布局的，中兴通讯此次受到限制的所有芯片，在十二五和十三五国家研究计划中，都有相应的部署。”祝宁华说，半导体激光器被称为信息网络的心脏，可以看出以激光器为代表的光电子器件在通信系统设备中的重要作用。在光传输和交换设备中，光器件要占百分之六七十的成本比重，因此，我国近年来一直非常重视光电子器件的研究开发。
祝宁华分析，当前我国在光电子高端芯片研制上已具备基本条件，无论技术积累还是资金投入，以及高端核心人才的培养和储备，都具备了一定基础条件。“只要国家选定面向未来信息网络急需的1—2类核心关键光电子芯片，集中资源，从设计、研发、器件制备到封装测试进行综合布局，同时通过国家引导、地方和企业的参与，构建完善的光电子芯片加工工艺平台，相信高端芯片研发的短板能够在5年内得到缓解。”
据了解，为实现自主创新发展，我国于2008年实施了国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”，经过9年攻关，成功打造了我国集成电路制造业创新体系。专项实施前，国内集成电路制造最先进的量产工艺为130纳米，研发工艺为90纳米。9年来，我国主流工艺水平提升了5代，55、40、28纳米三代成套工艺研发成功并实现量产，22、14纳米先导技术研发取得突破，已研制成功14纳米刻蚀机、薄膜沉积等30多种高端装备和靶材、抛光液等上百种材料产品，性能达到国际先进水平。封装企业也从低端进入高端，三维高密度集成技术达到了国际先进水平。这一系列从无到有的突破，填补了产业链空白，使我国集成电路制造技术体系和产业生态得以建立和完善。
十三五国家重点研发计划宽带通信和新型网络重点专项专家组成员、北京大学教授李红滨表示，近年来我国通信产业取得的成绩有目共睹。“从农用交换机和边沿设备起步，到现在通信设备产品全覆盖，从2G、3G再到4G、5G，我国的通信产业发展迅速，在通信系统技术方面已经位居世界前列。”
李红滨表示，任何事物的发展都需要一个过程，我国通信行业也在经历一个从低端到高端的发展过程。“事实上，这些年已经有不少企业投入大量研发力量去做高端研发，有的企业在关键芯片上已持续不断地做了一二十年，也取得了创新性的成果。这是市场驱动的结果，也成为很多企业家的共识，企业要实现高质量发展、获取更多利润，必须在高端研发上投入更多精力。企业在投资研发高端芯片上的热情，可以用跃跃欲试和大势所趋来形容。”
李红滨介绍，我国近年来在信息通讯领域加紧布局，组织实施了重大专项等多种项目，一些单凭企业自身无法实现的平台、装备等依靠国家投入已初见成效，今后将发挥更大作用。“只要我们坚持已有的开放、竞争合作、共同发展道路不动摇，集中政府、研发机构、企业的优势力量，相信用不了太久，在产业链高端——核心芯片上也必然会取得同样令世人瞩目的成就。”
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光刻机被誉为半导体产业皇冠上的明珠。光刻机的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上，在某种程度上来说，光刻工艺的决定了半导体线路的线宽，同时也决定了芯片的性能与功耗，越高端的芯片，所需要的光刻工艺也越先进。
“工欲善其事，必先利其器”，光刻机就是芯片制造中的那一把“利器”，也被誉为半导体产业皇冠上的明珠。光刻机的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上，在某种程度上来说，光刻工艺的决定了半导体线路的线宽，同时也决定了芯片的性能与功耗，越高端的芯片，所需要的光刻工艺也越先进。
大家都知道，芯片很重要，离开了芯片，几乎所有电子设备都会失去作用。但要是离开光刻机，自然也就制造不出芯片，同样也不可能有手机、电脑等电子设备的产生。
光刻机的关键技术：以光为媒，刻化微纳于方寸之间
指甲盖大小的一枚芯片，内部却包含了上千万个晶体管，犹如一座超级城市，线路错综复杂，这跟光刻机的工作原理相关，其中涉及系统集成、精密光学、精密运动、精密物料传输、高精度微环境控制等多项先进学科。因此光刻机是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备，具备极高的单台价值。
如果单纯从工作原理的角度来解析，光刻机并不复杂。“以光为媒，刻化微纳于方寸之间”，光刻机是通过串联的光源能力以及形状控制手段，将光束透射过画着线路图的校正，经过物镜补偿各种光学误差，将线路图成比例缩小后映射到硅片上，然后使用化学方法进行显影、刻蚀处理，最终得到刻在硅片上的电路图。
但是它最难的在于，需要在极小的空间内完成超精细的纳米级雕刻工艺，为具备这项能力。需要掌握的关键技术有很多，主要包括以下几种：
1、“微缩投影系统”即所谓的“光刻机镜头”。这种镜头不是一般的镜头，其尺寸可以达到高2米直径1米甚至更大。光刻机的整个曝光光学系统，可能需要20多块锅底大的镜片串联组成，将光学零件精度控制在纳米级别。每块镜片都由高纯度透光材料制成，还包括高质量抛光处理等过程，一块镜头的成本在数万美元上下;
2、既然叫做“光刻机”，所以“光源”也是光刻机的核心之一，要求光源必须发出能量稳定且光谱很窄很窄的紫外光，这样才能保证加工精度和精度的稳定性。按照光源的发展轨迹，光刻机从最初的紫外光源(UV)发展到深紫外光(DUV)，再到如今的极紫外光(EUV)，三者最大的不同在于波长，波长越短，曝光的特征尺寸就越小。
(资料源自上海微电子官网、东兴证券研究所，OFweek电子工程网制图)
最早的光刻机采用汞灯产生的紫外光源，从g-line一直发展到i-line，波长从436nm缩短到365nm。随后，业界利用电子束激发惰性气体和卤素气体结合形成的气体分子， 向基态跃迁时所产生准分子激光的深紫外光源，将波长进一步缩短至193nm，由于在此过程中遇到了技术障碍，因此采用浸没式(immersion)等技术进行矫正后，光刻机的极限光刻工艺节点可达28nm。
如今，业界最先进的光刻机是EUV光刻机，将准分子激光照射在锡等靶材上，激发出波长13.5nm的光子作为光刻机光源。EUV光刻机大幅度提升了半导体工艺水平，能够实现7nm及以下工艺，为摩尔定律的延续提供了更好地方向。而业界也只有ASML一家能够提供EUV设备，处于产业金字塔顶端;
3、分辨率，对光刻工艺加工可以达到的最细线条精度的一种描述方式。光刻的分辨率受光源衍射的限制，所以与光源、光刻系统、光刻胶和工艺等各方面都有关系，总体来说，分辨率和光源波长的关系可以用公式“R(分辨率)=K1(工艺参数)λ(光源波长)/NA(光学镜头的数值孔径)”;
4、工艺节点，是反映芯片技术工艺水平最直接的参数。工艺节点的尺寸数值基本上和晶体管的长宽成正比关系，每一个节点基本上是前一个节点的0.7倍，0.7X0.7=0.49，所以每一代工艺节点上晶体管的面积都比上一代小大约一半，因此单位面积上的晶体管数量将翻番，这就是著名的摩尔定律。一般18～24个月，工艺节点就会发展一代。
工艺节点发展以28nm为分水岭，虽然依然按照0.7倍的规律前进，但实际上晶体管的面积以及电性能的提升远落后于节点数值变化。比如英特尔当时统计数据显示，他们20nm工艺的实际性能已经相当于三星14nm和台积电的16nm工艺。更麻烦的是，不同厂商工艺节点换算方法不一，导致了很多理解上的混乱。因此，只有对芯片有很高要求的产品才会采用28nm及以下先进工艺。当然，发展到现在，台积电已经开发出了更为先进的5nm工艺并实现量产，今年下半年就会有搭载相关芯片的产品面世。
高端光刻机为什么难买又难造?
一般来说，一条芯片生产线上需要好几台光刻机，而一台光刻机的造价也非常高，其中成像系统和定位系统最贵，整台设备算下来造价三千万到五亿美元不等。此外，光刻机上的零部件还包括来自瑞典的轴承、德国的镜头、美国的光栅、法国的阀件等等，都属于各个国家的高端工艺产品。
光刻机的折旧速度非常快，每天大概就要花费3～9万人民币，将其称为“印钞机”也不为过。正是因为光刻机昂贵的造价和上文中提到的各项高先进技术，ASML一年也只能制造出20多台EUV光刻机。
这么昂贵的设备，ASML公司一年卖出几台就够养活整个公司了，中国市场一直以来都是ASML看好的重点业务区域，但是却偏偏不能向中国出售高端光刻机，为什么呢?这里就要提到《瓦森纳协定》。比如中芯国际苦苦等待的EUV光刻机，虽然设备一直没到，但是也没有因此停止研发进程，已经在14nm的基础上研发出“N+1”、“N+2”工艺，等同于7nm工艺，公司联合首席执行官兼执行董事梁孟松也透露出，现阶段哪怕不用EUV光刻机，也可以实现7nm工艺。但想要大规模成熟量产，依然离不开EUV光刻机。
中国又被誉为“制造大国”，既然买不着，那自己造如何?
在过去，搜狐能 copy 雅虎，淘宝能 copy eBay，滴滴 copy Uber，那咱们能不能 copy 一个ASML出来自己造光刻机?要知道，ASML可谓是当前光刻机领域的“一哥”，尽管尼康和佳能与之并称“光刻机三巨头”，但在支持14nm及以下的光刻机上，唯有ASML一家独大。
“光刻机之王”ASML的成功难以复制。ASML出身名门，由原本荷兰著名的电器制造商飞利浦公司半导体部门独立拆分出来，于2001年更名为 ASML。
在ASML背后，还有英特尔、三星、台积电、SK海力士等半导体巨头为其撑腰，只有投资了ASML，才能成为其客户，拿到光刻机产品的优先供货权。多方资本注入下，ASML也有了更多强化自身实力的机会：
2001年，ASML收购美国光刻机厂商硅谷集团获得反射技术，市场份额反超佳能，直追尼康;
2007年，ASML收购美国 Brion 公司，成为ASML整体光刻产品战略的基石;
2012年，ASML收购全球知名准分子激光器厂商Cymer，加强光刻机光源设备及技术;
2016年，ASML收购台湾半导体设备厂商汉微科，引入先进的电子束晶圆检测设备及技术;
2016年，ASML收购德国卡尔蔡司子公司24.9%股份，加强自身微影镜头技术;
2019年，ASML宣布收购其竞争对手光刻机制造商Mapper知识产权资产。
在上文中提到，光刻机设备融合了多门复杂学科，不仅种类繁多，还要求是当前该领域最先进的技术，放眼当下没有任何一家公司敢说自己能在这些领域都做到最好。也就只有ASML能够不断通过自研、收购等方式，一步步走上神坛。
说出来很多人可能不信，我国最早研发光刻机的时候，ASML还没有出现。资料记载，1977年也就是中国恢复高考那年，我国最早的光刻机-GK-3型半自动接近式光刻机诞生，由上海光学机械厂试制。
80年代其实开了个好头，1981年，中国科学院半导体所成功研制出JK-1型半自动接近式光刻机样机。1982年国产KHA-75-1光刻机的诞生，估计跟当时最先进的佳能相比也就相差4年。1985年中国第一台分步投影式光刻机诞生，跟美国造出分布式光刻机的时间差距不超过7年。这些都说明当时中国其实已经注意到了投影光刻技术的重要性，只是苦于国内生产工艺尚不成熟，所以很难实现量产。
80年代末期，“造不如买”的思想席卷了大批制造企业，我国半导体产业研发进程出现了脱节，光刻机产业也未能幸免。
虽然后续一直在追赶国外列强的脚步，但产业环境的落后加上本来就与世界先进企业有差距，使得中国终究没有在高端光刻机领域留下属于自己的痕迹。
“眼看他起朱楼，眼看他楼塌了”，80年代初期奠定的中国光刻机产业基础就这样被轻视了。这也是为什么我国光刻机产业一直赶不上国外的原因，再加上光刻机制造所需要的各种零部件，也都受到不同程度的管制，如今想再追回来，实在太难。
中国高端光刻机正在路上
2001年， 科技 部和上海市于2002年共同推动成立上海微电子装备公司，承担国家“863计划”项目研发100nm高端光刻机。据悉，中电科四十五所当时将其从事分步投影光刻机团队整体迁至上海参与其中;
2008年， 科技 部召开国家 科技 重大专项"极大规模集成电路制造装备及成套工艺"推进会，将EUV技术列为下一代光刻技术重点攻关的方向。中国企业也将EUV光刻机列为了集成电路制造领域的发展重点对象。
如今，国内从事光刻机及相关研究生产的除了上海微电子装备、合肥芯硕半导体、江苏影速集成电路装备以外，还有清华大学精密仪器系、中科院光电技术研究所、中电科四十五所等高校/科研单位。
在研发成果上，2016年，清华大学“光刻机双工件台系统样机研发”项目成功通过验收;2016年，清华大学“光刻机双工件台系统样机研发”项目成功通过验收;2018年，国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备”通过验收，也是世界上首台用紫外光源实现22nm分辨率的光刻机，意义在于用便宜的光源实现较高的分辨率，用于一些特殊制造场景。
可以看到，在光刻机的自主研发进程上，中国也取得了很大的进步。但相对来说比较缓慢，要想真正研发出高端光刻机，需保证多个学科和领域的技术水平达到或者超过世界先进水平，任何一环节落下都会影响产品的性能。
这是美国的精准打击，有本事查查这个馊点子是如何出笼？我觉得正是我们50年代人掌舵时缺乏几乎所有科学知识，被自己权力切割，连同40后与60后的纽带一同切掉，30后已失能，40后除做房地产的尖子，其余趋向失能，50后是鸿沟的分界，权力中心做自然科学的极少，人才都是做买卖的，买不到自然只有造，说造，得创新，虽然少，但不乏有能做光学化学电学，机电一体化的，光电的组织能力，基本都要退休能要吗？后来60，70都是40，50教的，他们都缺乏系统边缘渗透交融能力，天天喊隔行如隔山，各霸一方，搞这种综合高 科技 设备既缺乏专业精通，又少有隔行合作的气量，包括航空发动机也一样，他瞄准了不打这，那打什么？
因为世界上的高端光刻机只有荷兰在生产，产量有限所以难买。光刻机融合了工业制造的几乎各个方面的高精技术所以也难造。
高端光刻机难买是因为以美国为首的西方国家对中国进行严密的技术封锁，难造是因为光刻机是高 科技 的集成产品，在我国基础如此薄弱的情况下还能取得如此成绩本身就是一个奇迹，假以时日，光刻机也会象盾构机一样被攻克。
难买是别个不想让你超越自己！难造是因为之前有配套设施没把它当回事！接下来重视起来了就不难造了！
光电所微细加工光学技术国家重点实验室研制出来的SP光刻机是世界上第一台单次成像达到22纳米的光刻机，结合多重曝光技术，可以用于制备10纳米以下的信息器件。这不仅是世界上光学光刻的一次重大变革，也将加快推进工业4.0，实现中国制造2025的美好愿景。
长期以来，我国的光刻技术落后于先进国家，成为我国工业现代化进程的一块短板。2006年，科技部提出了光刻技术的中长期规划，希望中科院的国家重点实验室，能找到一条绕开国外技术壁垒，具有自主知识产权的光刻路径。光电所SP光学光刻机就是绕开了传统的193纳米曝光的技术路线，利用长波长光源也可以得到一个突破衍射极限的分辨率的图形，所以在成本上安全性方面上都会有一个很大的提升，是完全具有知识产权的原创性技术。
我以前了解过，光刻机是制造电脑CPU的母机，处于科技领域的最顶层，目前世界上先进光刻机基本被荷兰的ASML公司垄断，CPU芯片制程最先进的是14纳米，不卖中国人，并且卖给中国公司的稍过时的光刻机也有条款不准用于制造像龙心这类自主研发的CPU芯片。美国、日本在这个领域都力不从心，成都太给力了。
在技术方面，ASML光刻机可以使用波长为13.5纳米的极紫外光(EUV)，实现14纳米、10纳米、和7纳米制程的芯片生产，而通过技术升级，也可以实现9纳米，8纳米，6纳米，5纳米，4纳米乃至3纳米等制程的芯片生产。据悉，台积电购买了ASML的两台NXE 3300B(后来在ASML的帮助下升级到与NXE 3350B相同的技术水平)，三星也从ASML采购EUV设备，NXE 3350B和最新的NXE3400光刻机，英特尔同时也采购了数台NXE 3350B。而且NXE 3350B EUV极紫外光刻机主要被用来进行7nm的相关测试和试产。在今年4月，台积电就已经开始代加工其7nm制程的芯片产品，三星在近期推出8nm制程的产品，而英特尔可能生产10nm工艺的产品。从中可以看出，ASML的EUV光刻机成为了他们能否快速实现更低纳米制程量产计划的基础和关键，不管三星、英特尔、台积电围绕着具体制程工艺如何去竞争，ASML终究是背后最大霸主，最大赢家，因为他们谁都离不开他的EUV光刻机。
独立研发光刻机对我国意味着科技上打破西方国家的垄断，改变中国高新技术被国外封锁的局面，同时可以推动国家自主芯片的研发进展。
目前世界上光刻机研发，由荷兰、美国、日本这三个国家掌握技术，根本不会对外开放也不会对外公布，导致中国一直在这方面有严重的制约。尤其是2020年全球疫情影响，每个国家都不同程度地出现芯片短缺的问题，尤其是中国对于芯片的需求量一直是居高不下，国外利用中国在技术上的短板，在中国市场上赚走了很多利润。
外国公司在技术垄断的同时还在打压中国高新技术公司的成长，导致很多公司由于没有核心技术濒临崩溃的边缘，因此国家为了改变技术上的格局，也是打破国外的技术封锁，因此才会启动独立研发光刻机项目。
根据专家推测，中国现在光刻机技术和世界顶级水平依然有20年的差距，可以说差距还是比较大的，但是国家已经启动相关的研究工作，相信在所有人的努力下，终有一天会打破技术封锁。
研发光刻机有哪几点难度？
第一：思想难度。
在中国有相当一部分人有这样的一种思维方式，自己研究不如花钱去买，如果买不来就花钱去租，能把成本降低到最低生产出来的产品才是最好的，虽然这种思想没有错误，但是利润已经被大大降低，而且很多时候自己没有控制权也没有决定权，因此研发光刻机不仅仅是技术上的问题，有时候也是人思想上的问题。
第二：技术难度。
光刻机技术一直是垄断行业，掌握在发达国家手中，中国想要研究光刻机，在没有任何资源的情况下只能凭借自己的能力去研究，但是技术上差距太多，肯定会有很多的难题，因此在研发过程中技术上的难题成为很多人解决的关键。
第三：环境难度。
没有一个国家能独立自主完成光刻机研发，每一个国家只是负责光刻机一部分的生产和研究工作，因此中国想要独立研发光刻机技术，不仅仅是技术上和思想上的难度，国际环境也是一个克服的难点，因为没有一个国家愿意提供帮助，也没有一个国家能够独立完成光刻机的研发到生产的过程，所以中国要面临的困难比其他国家要多得多。
光刻机技术一旦研发成功，不仅能够解决中国自主芯片的制造问题，更能把中国的高科技往前发展20年。无论是高端高分子材料还是高端化学，都可以有十足的进步，这也是国家为什么要花重金研发光刻机的原因了。
