研制顶级光刻机有多难进入（研发光刻机有多难）
研制顶级光刻机有多难进入（研发光刻机有多难）
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。
近几年来，中国科技行业遭到国外的严重打压，尤其是电子芯片成为我国半导体领域最突出的短板，生产芯片最重要的设备是光刻机，世界上先进的光刻机主要由荷兰一家名为阿斯麦（ASML）的公司制造，市场占有率超过80%，而其中最先进的极紫外光刻机（EUV光刻），全世界只有ASML一家公司能制造。
ASML
ASML虽然是一家荷兰的公司，但是出口光刻机受到西方国家的严格控制，ASML的大股东包括美国因特尔、台湾积体电路制造（台积电）、韩国的三星、荷兰皇家飞利浦电子公司等等，其中因特尔占有股份大约为15%，台积电大约5%。
ASML的股份结构相当复杂，国际上众多大公司参股，使得ASML形成一个庞大的利益共同体，但是ASML受到《瓦森纳协定》的约束，中国也是被该协定限制的国家之一，一些敏感的设备和技术无法出口到中国。
光刻机是当今世界科技领域的集大成者，是人类当前科技的巅峰产物，ASML之所以能制造最先进的光刻机，也是因为特殊的股权结构，使得ASML能汇集当前各项前沿科技，整合各种零部件。
一台光刻机重达几十吨，包含十多万个零部件，每台机器从下单到交付要21个月，单价格超过1亿美元，即便这样买家还是排着长队，数据显示，ASML在2017年交付了12台光刻机，2018年18台，2019年26台，预计2020年达到35台。
电子芯片
第一台电子计算机诞生于1946年，位于美国的宾夕法尼亚大学，当时研究人员使用了18000个电子管，1万多个电阻和电容，6000多个开关，总重量30多吨，启动时功率高达150千瓦，运算能力为每秒5000次。
每秒5000次的计算能力，还远远比不上现在几块钱的掌上计算器，人类科技之所以有这么大的进步，就是因为有了芯片的发明，而芯片的发明者是美国人杰克·基尔比，他在2000年因此获得诺贝尔奖。
杰克·基尔比1947年毕业于美国伊利诺斯大学，然后就职于德州仪器，担任研发工程师，期间产生了一个天才的想法——把所有的元器件弄到一块材料上，并相互连接成电路。
杰克·基尔比很快付诸实践，并开始构思这个电路，然后以硅作为材料，制造出了人类第一个芯片，他把自己的想法告诉公司后，受到了公司的高度重视，次年，杰克·基尔就申请了专利。
利用杰克·基尔比发明的芯片，我们就可以把一台几十吨的计算机“装进”一个指甲盖大小的体积内，而且运算速度大幅提高，功耗大幅降低。
光刻机原理
光刻机的基本原理并不是机密，但其中的零部件不是谁都能制造的，以至于外国人对我们说“即便把光刻机的所有图纸给你们，你们也造不出来光刻机。”
制造芯片首先需要用到的材料就是高纯度硅，然后把硅切片得到晶圆，接下来就是高精度的晶圆加工，也是光刻机中的核心技术。
我们首先在晶圆上涂一层特殊的材料，该材料在光线的照射下会融化蒸发，于是我们使用绘制好图案的透光模板，经过特殊激光照射后，就能在晶圆表层的材料上刻出图案，然后用蚀刻机刻蚀晶圆，分化学刻蚀和电解刻蚀（比如用等离子体冲刷等等），而没有涂感光材料的部分将保留下来。
经过刻蚀后，晶圆表面就留下了很多凹槽，我们向其中选择性地掺入磷等元素，就能形成N型半导体；掺入硼等元素，就能形成P型半导体；掺入铜等元素，就相当于导线；三者按照一定的空间结构结合，就形成了PN结（PN结可以理解为一个开关），大量PN结按照一定方式进行组合，就能完成相应的数学运算。
实际当中，一块芯片的结构是三维的，在一层光刻和蚀刻完成后，需要清洗干净，然后再光刻和刻蚀下一层，这样一直叠加十几二十层，形成了立体的芯片，也就是这么一张小小的芯片，里面包含了数十亿、甚至上百亿个晶体管（晶体管包括二极管、三极管等等），比如华为麒麟990的晶体管数达到了103亿。
ASML生产的EUV光刻机，每小时能雕刻100多块晶圆，每块晶圆又能分割成许多个块芯片。
光刻机的关键技术
物镜制造技术
光刻机的原理并不难，但是要生产其中的零件并不容易，其中最昂贵且最复杂的零件就是投影物镜，由于芯片光刻的尺寸只有几纳米，所以对投影物镜的误差要求极高，一张直径30厘米的物镜，要求起伏误差不超过0.3纳米，相当于地球这么大的球体，要求表面凹凸不能超过10cm。
这样的精度要求，全世界只有德国的蔡司公司能制造，连日本尼康、佳能这样的透镜大厂也做不出来，更不用说中国的公司了。
光源技术
另外，光刻机中的光源也是一项难以攻克的技术难关，对于深紫外光（DUV）刻，使用的光源波长是193nm，这是光刻机中的一个技术分水岭，芯片发展曾经在193纳米光源停滞了十多年的时间，后来浸没技术缩短波长（原理是在表面镀上一层薄薄的水膜，利用光的折射现象，可以缩短光的波长），加上各项技术的改进，最终193nm光源可以把芯片制程推进到28nm，这也是深紫外光刻的极限。
极紫外光刻（EUV）使用波长更短的激光（13.5nm），相对于深紫外光刻，需要重新研发刻蚀材料、光刻胶、刻蚀工艺等等，对精度的要求进一步提高，目前只有荷兰ASML一家公司能制造极紫外光刻机。
而且西方国家对我国的技术打压是非常狠的，比如2009年的时候，中国上海℡☎联系：电子研发出90纳米的光刻机，在2010年西方国家就解除了90纳米以上的光刻机对中国出口的限制，2015年又解除了65纳米光刻机对中国出口的限制，让中国的光刻机技术发展完全失去市场。
在这样的情况下，中国芯片产业的发展举步维艰，光刻机包含的关键技术太多，一时半会我们是绕不过去的；其实中国并不缺乏人才，只不过人才要用到什么领域，需要政策引导才行，想到中国天眼FAST在2018年的一次网上招聘，年薪10万难觅驻地科研人才，让人感慨不已。
我们都知道，自从华为在5G技术上占得了先机，美国就一直采取各种措施限制和针对华为，甚至直接采取干扰措施。此前，华为消费者业务CE0余承东表示，因为美国对华为实施的芯片制裁已经开始生效，作为华为芯片供应商的台积电，在此后将会终止与华为的合作，华为手机使用的高端芯片在失去供应商以后，过不了多久，华为手机就会出现无芯片可用的情况。
此消息一出，大家一方面因为美国的制裁感到愤怒，另一方面，则是非常惊讶，同时还感到了无法理解，现在的 科技 水平已经这么高了，华为更是国内的优秀企业，为什么芯片还得靠别人，而自己却没有能力造呢？很遗憾，但是事实就是如此，高端芯片，不但华为现在还造不出来，国内也很少有企业的制造水平能达到这种地步，最关键的原因就是，我国在半导体领域的技术还不够高，还没有达到那个高度，所以没有条件建造出精度更高光刻机，而如果没有光刻机的话，就完全没有办法造出符合条件的高端芯片。
其实理由也很简单，就一条，因为关键技术太难掌握造不出来，之前有过这么一句话，是评价光刻机的，他说，以我国目前的技术水平来说，我们造的出各种新式导弹，但是却造不出光刻机，所以说，光刻机的稀有程度比原子弹都高。这样的评价可以说是相当中肯的，现在世界上，有9个国家已经可以自行建造原子弹了，而且原子弹的数量还不少，可是完全掌握了高精度光刻机技术的，现在也就只有两个国家，日本和荷兰，差距非常明显。
所以，光刻机的技术难点到底在哪里呢？其中一个关键原因是，要想完成光刻机制造，这个国家的科学水平一定要非常高，而且底蕴深厚，积累足，不仅如此，想完成光刻机的建造，光靠自己是不可能的，其中要用到的很多东西，都必须从国外买。还有一个原因，研发时耗费的资金会非常多，可以说是天文数字。对于中国而言，钱都不是阻碍我们发展光刻机的原因，可是因为中国发展时间不足，所以对该行业不是很了解，熟悉程度也低，别说建造了，研制的时候究竟该从哪里开始，我们刚开始都是一头雾水。想要成功破解光刻机难度是非常大的，在中国看来，难度更是上升了一个档次，让我们在这个方面寸步难行的原因，除开客观条件的影响，还有一道壁垒横在我们面前，那就是西方国家依然还在对中国实行技术封锁，我们当初本来想从国外先引进光刻机，然后再自己进行研制的，所以就和荷兰商议了相关的细节，双方都已经决定交易了，可是美国横插一脚，百般阻拦，荷兰也没有勇气得罪美国，因为美国的再三施压，和中国的光刻机贸易计划只能一拖再拖。
这件事情发生于数十年以前，到了今天，在努力这么久以后，我国对于光刻机的研究又进行到了什么程度呢？根据官方给出的数据我们可以看出，现在来说，数据还不是特别理想，因为我们拥有的光刻机，它的制程是90纳米，而依然处于研制阶段的光刻机，制程缩短到了28纳米的样子，看样子的确是进步颗很多，但是需要注意的是，荷兰的光刻机制程可以达到5纳米至7纳米，我们可以非常直观的感受到，和真正意义上的高精度光刻机相比，我国在这方面还有很长的路要走，所以，华为现在完全没有办法自行制造华为手机需要的高端芯片，用华为的麒麟1020芯片为例，它的制程为最小的5纳米，国内的技术水平完全赶不上。
其实关于这件事情，我们只需要牢记一点就行，那就是，光刻机具有非常关键的意义，如果能拥有它，就代表着我国的科学技术水平又有了新突破，美国的芯片制裁带来的严重危机也在警醒着所有中国人，要是再关键的高新领域发展不起来的话，就相当于把命脉交到了别人手上，别人随时都可以在这方面拿捏你，这样的情况，会让中国在未来陷入困境。如果想彻底不再受制于人，中国必须在这些高新领域继续发展，继续保持全速前进的状态，加大马力，争取在短时间内提高自己的水平
