高端光刻机制造难点（制造光刻机的难点）
高端光刻机制造难点（制造光刻机的难点）
光刻机是制造集成电路中非常重要的设备，特别是现在市面上大部分的芯片都是属于电子芯片，当电子芯片的工艺小于一定的尺寸的时候，就必须依靠光刻机在制作芯片，也就是说如果没有光刻机就没有办法制造出顶级的芯片，比如市面上7nm芯片、5nm芯片等都不可能造出。而芯片在生活中是非常重要的，比如电脑、手机等电子产品都少不了。
光刻机的制造难度
光刻机制造难度之大可以用荷兰ASML公司的一句话来表示，对方表示就算把光刻机的图纸拿出来，我们也制造不出光刻机。且不说对方是不是小看了中国制造，从侧面也反映出了光刻机的制作难度之大。因为现在还没有一个国家可以独立的制造出顶级的光刻机，就算是现在行业领先的ASML公司制造出来的光刻机，也是集合了十几个国家的顶尖技术。
一台小小的光刻机上面就有十几万的小零件，而且为了让光刻机可以领先，所有的零部件都是采用了全世界最领先的技术，所以说光刻机从插头、配件等都是选用了其他国家的顶尖技术，这相当于全世界的技术融合在一起才可以制造出顶级的光刻机，而且ASML公司背后有台积电、三星以及英特尔这样顶尖的企业投资支持，也是花了几十年的时间才有今天的成绩。
ASML光刻机
荷兰的ASML光刻机基本上都是供不应求，中国也一直想要购买，但是现在还没有收到货。ASML的光刻机基本上都是内部消化了，毕竟台积电、三星以及英特尔本来就是芯片大户，台积电能够在芯片代工领域有今天的成绩，跟手上有这么多的光刻机也有很大的关系。
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℡☎联系：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℡☎联系：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℡☎联系：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、“℡☎联系：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℡☎联系：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℡☎联系：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℡☎联系：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℡☎联系：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℡☎联系：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！
光刻机的制造，是集合了很多门类科学顶尖技术的产物，包括光学、精密仪器、数学、机械自动化、流体力学等等。
1、技术难点一：光源。
如果把光想象成一把刻刀，那它的光波长越短，这把刀就会越锋利。7纳米的芯片意味着，在每个元器件之间，只允许有几纳米的间距，相当于头发丝的万分之一粗细。
要制造这样的光源，必须使用一种特殊的极紫外光。这种光源，很难制造。直到2015年的时候，ASML才研制出一台极紫外光刻机。
目前为止，也只有阿斯麦一家公司，能够生产极紫外光刻机。
2、技术难点二：光学镜头。
主要作用是调整光路和聚焦的。其中，高精密的光学镜头是光刻机的关键核心部件之一。
3、技术难点三：是曝光台的对准技术。
芯片的曝光不能像照相那样，一次就能完成，必须要换不同的掩膜，多次进行曝光才行。而掩膜和硅晶圆之间的每次对准，都必须控制在纳米级别才行。
当曝光完一个区域后，放置硅晶圆的曝光台，必须马上快速移动，因为要接着曝光下一个区域。
而要在快速移动中，实现纳米级的对准，其难度是相当大的。
4、实际上，除了光源、镜头和曝光台对准这三个关键技术之外，还有很多的保障性技术难题。
比如说，超洁净的厂房、防止抖动的装置等等。
光刻机是“半导体工业皇冠上的明珠”，想要制造这样一台先进的光刻机，其实就是在挑战整个人类工业技术的极限。而且实际情况要复杂的多。
随着华为事件的持续发酵，不难发现，芯片技术已经与一个国家的发展是息息相关的，成为了现代社会发展的基础，任何的智能设备都离不开它。
像手机、计算机之类的数字电器，还有一些先进电子系统都会大量使用到芯片。然而对于国内芯片领域的发展，却成为了国人担忧的问题，为什么我国现在制造不出来高端芯片呢？
我国自近代以来，经济一直呈现高速发展的状态，不过顶端科技还是没有达到世界前列的水平，尤其是在电子科技这一方面，芯片就是一个很要命的东西。
中国被美国卡了脖子
以华为事件为例，目前华为所拥有的芯片设计能力可以说是全球最为顶尖的，因为能够将5nm芯片投入使用的，除了它就只剩下苹果公司了，华为的麒麟9000芯片在诞生之后，经受住了各种考验，成为了当之无愧的性能之王，也能和苹果的A14芯片相媲美。
但是在美国的相关技术封锁之下，却一下子被打回了原形，因此目前华为面临的芯片难题，同样也是国产芯片的困境。
芯片制造。
芯片的制造过程极其复杂，概括的说，芯片制造是由芯片集成电路的设计、制作硅晶圆、对硅晶圆涂光胶、对硅晶圆光刻和蚀刻、对硅晶圆等离子注入以及硅晶圆测试和封装这几个部分组成。
事实上，我们国内已经有机构或企业能够制造芯片，但问题是我们距离真正的高端芯片还有一段距离。
我国高端芯片制造难点主要体现在两个方面。
一方面是芯片设计人才匮乏。芯片制造不同于传统意义上的工业制造，它是一个非常大的范畴，涉及到了很多方方面面的产业，所以对芯片技术人员的理论要求非常高。
不仅需要数学和物理领域，同时也需要大量的化学、材料、机械、电器等方面的高端人才，而我们芯片行业的人才培养还有很长一段路要走。
另一方面是我国没有高端的光刻机。在芯片更新换代的过程中，离不开光刻机，因为间隙的不断缩小，就不得不需要提高光刻机的精度，作为芯片雕刻电路图案的核心设备，光刻规的精度，可以说直接决定了芯片制程的精度。
但从目前的情况上来看，我国在光刻机零件上一直无法实现突破。
光刻机是系统工程。
光刻机的工作原理其实有类似于照相机冲洗照片，主要就是用曝光的手段使得一些精细图形印制在硅片上。
别看它原理比较简单，但是一台能够生产高端芯片的光刻机，其本身技术以及所需上零件是相当难以掌握和制造的。
简单来说，光刻机就是一种全球产业链的制造，比如当前的荷兰ASML，它能制造光刻机靠的是全球化的产业链，整台机器10万有余的零配件近9成靠的是全球进口。
其中包括了美国的光源，德国的物镜，瑞典的轴承，法国的阀件，日本的光学器材，以及荷兰ASML自己拥有的核心技术，如EUV光刻技术等等。
高端光刻机的制造难度。
光刻机作为全球技术含量最高的设备之一，目前真正具备光刻机制造能力的也就那么几个国家，其中真正能够制造出7纳米以上光刻机的，只有荷兰的ASML，它们的单台光刻机的售价已经超过了一亿美元，而且还不是现货。
我国光刻机技术一直处于卡脖子状态无法突破，主要就是因为光刻机最关键的技术实在是太难掌握了，其研发难度堪比原子弹，目前国际上已经有9个国家可以制造原子弹，但是拥有高端光刻机的却只有日本和荷兰两个国家，由此可见其技术难度。
一台高端光刻机得由数万个零部件构成，而且对每一个零部件的要求都非常高，其中制造最难的应该是镜头，它的精度要求是相当高的，因为芯片上的电路图都是印制出来的。
如果没有精度足够高的镜头，那么可能在绘制电路图的时候会出现偏差，导致芯片没有办法使用，比如荷兰EUV光刻机上面所使用的镜头技术要求简直可以用极限来形容，镜头表面必须非常光滑。
结语。
就目前的情况来看，我国无法研发出精度较高的镜头。不仅如此，高端光刻机对于其他零件的精度要求也较高。
据一位美国工程师说，为了打造光刻机上的一个零部件，他曾经反反复复打磨了近10年时间，由此也可以看出光刻机的技术难度有多大！
总的来说，我们现在面对着相对比较落后的困境，在芯片制造方面还有一段漫长的路要走，所以我们仍需继续努力，稳健突破追赶。
光刻机比原子弹还难造的原因是光刻机本身的技术和零件是难以制造的，西方国家对我国实行技术封锁，连零件都不卖给我们。
从光刻机的零件来看，最难得是镜头，要求精度相当高。我国目前只能做出纳米级别14的镜头。还有一个原因是零件需要工程师们手工打磨。打磨这些零件需要耗费大量的时间。稍不留神，就会损坏。所以我国之前就直接从国外购买，这样价格便宜还能节约时间。光刻机的最著名的厂家的是荷兰ASML，其他国家认为这行投入大，产值低，太不划算。
在当今社会，很多智能设备里都含有芯片。芯片技术的高低是衡量一个国家半导体水平高低的一个标准。芯片是由光刻机来制造的。我国之所以没有大龄的芯片是因为缺乏先进的光刻机来进行生产。光刻机跟照相机冲洗照片的原理相似。就是利用曝光的手段在硅片上画画。目前只有荷兰ASML制造出高端的光刻机，而且西方封锁了光刻机的技术，甚至连光科机的零件不买给我们。我们只能摸着石头过河，自己摸索，目前也才达到纳米级别14DE水平。虽然与荷兰相比，我们还有很大的差距，但对那些通常用的设备已经够用了。
记得去年，国外的苹果手机为了赢得华为手机，打价格战。华为手机连芯片都造不出来，为了生存，不得不把华为荣耀卖掉，断臂求生。在国内外手机市场上，华为手机的市场被蚕食。庆幸的是，VIVO跟OPPO 还是占据了前三名。现在随着电动汽车的增多，芯片问题的解决也有助于电动汽车产业的发展。现在我国的电动汽车已经领先美国了，相信我国科研实力的增强，我们一定能欧研制出更精密的芯片，打破国外的阴谋。
