作為集成電路產(chǎn)業(yè)的核心裝備，有人稱光刻機(jī)為“人類最精密復(fù)雜的機(jī)器”，光刻機(jī)作為芯片制造中最重要的設(shè)備，又被稱為“曝光機(jī)”，作為芯片制造的核心設(shè)備之一。其中光刻機(jī)就是利用紫外線波長(zhǎng)的準(zhǔn)分子激光通過(guò)模版去除晶圓表面的保護(hù)膜的設(shè)備，然后再將晶圓浸泡在腐化劑中，失去保護(hù)膜的部分被腐蝕掉后形成電路。

　　常用的光刻機(jī)是掩膜對(duì)準(zhǔn)光刻，而一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕等工序。光刻機(jī)的好壞直接決定了可以制造什么級(jí)別工藝的芯片，由此可見其重要性。

　　而在今年，蘋果三星與華為都已經(jīng)開始準(zhǔn)備研制新的5nm的手機(jī)芯片了。 現(xiàn)在無(wú)論是蘋果的A14、高通的驍龍888芯片、還是三星Exynos 1080、麒麟9000等都代表著5nm芯片的業(yè)界最高水準(zhǔn)。在5G以及移動(dòng)領(lǐng)域可見，各廠商都在摩拳擦掌，5nm芯片看似以達(dá)極限，但未來(lái)芯片還將持續(xù)進(jìn)步升級(jí)，乃至有更大的技術(shù)突破猶未可知，而其中的光刻機(jī)必定扮演著不可或缺的重要角色。

　　作為世界上最復(fù)雜的精密設(shè)備之一，事實(shí)上，除了芯片的生產(chǎn)，也有用于封裝的光刻，或用于LED制造的投影光刻。目前，我國(guó)高端光刻機(jī)基本上都是從荷蘭ASML進(jìn)口。其實(shí)無(wú)論在高端芯片的制造還是設(shè)計(jì)上，芯片設(shè)計(jì)制造一條龍服務(wù)都被西方國(guó)家壟斷了，我國(guó)的這些產(chǎn)業(yè)目前正處于受制于人的地步。

　　光刻機(jī)全球格局

　　目前全球光刻機(jī)的主要廠商有：ASML、尼康、佳能、歐泰克、上海微電子裝備、SUSS、ABM, Inc.。高端的投影式光刻機(jī)可分為步進(jìn)投影和掃描投影光刻機(jī)兩種，分辨率通常七納米至幾微米之間，高端光刻機(jī)號(hào)稱世界上最精密的儀器，世界上已有1.2億美金一臺(tái)的光刻機(jī)。

　   而高端光刻機(jī)堪稱現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)之花，其制造難度之大，全世界只有少數(shù)幾家公司能夠制造。這些主要以國(guó)外品牌荷蘭ASML，日本Nikon和日本Canon三大品牌為主。

　　而在此之前，全球光刻機(jī)制造龍頭荷蘭阿斯麥爾(ASML)公司總裁就放言說(shuō)，就算把圖紙公開出來(lái)，我們也永遠(yuǎn)仿造不出頂級(jí)的光刻機(jī)。

　　其實(shí)ASML在世界同類產(chǎn)品中有90%的市占率，在10納米節(jié)點(diǎn)以下幾乎是有100%的市占率，幾乎壟斷了全球高端芯片制造核心。而他們公司的利潤(rùn)也在前幾年達(dá)到了20-30億歐元，其他同業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的對(duì)手基本已無(wú)力追趕，連美國(guó)也是望塵莫及。

　　而我國(guó)的光刻機(jī)研制還處于初級(jí)階段，因光刻機(jī)使用了部分美國(guó)技術(shù)，很多時(shí)候成為了他國(guó)牽制我們的芯片發(fā)展的重要手段，不得不承認(rèn)這就是現(xiàn)階段的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

　　那么為什么中國(guó)買不到高端光刻機(jī)?

　　ASML公司目前是業(yè)內(nèi)的龍頭老大，英特爾、臺(tái)積電和三星都是其股東。他們大力支持ASML，并在工廠派駐技術(shù)人員。英特爾和三星的14nm光刻機(jī)都是從ASML購(gòu)買的。格羅方德、聯(lián)電、中芯國(guó)際等晶圓廠的光刻機(jī)也都主要來(lái)自ASML。

　　頂級(jí)光刻機(jī)售價(jià)非常高，一臺(tái)高達(dá)1億多美元，有人會(huì)說(shuō)，光刻機(jī)我們買一臺(tái)不就行了嗎?對(duì)不起，中國(guó)即便有錢也買不到!

　　最主要的原因是被《瓦森納協(xié)定》全稱為《關(guān)于常規(guī)武器和兩用物品及技術(shù)出口控制的瓦森納協(xié)定》的限制，由美國(guó)、日本、英國(guó)、荷蘭等40個(gè)成員國(guó)組成，限制向某些國(guó)家出口敏感產(chǎn)品和技術(shù)許可，而這個(gè)禁售名單就包括中國(guó)大陸。光刻機(jī)是高端技術(shù)的代表，也是芯片制造中不可缺少的設(shè)備。臺(tái)積電是目前全球最大的芯片代工廠，也是阿斯麥公司的股東和最大合作伙伴，所以它能有先進(jìn)的光刻機(jī)。其實(shí)不用說(shuō)華為，連蘋果也只能乖乖把芯片交給臺(tái)積電去制造。光刻機(jī)采用大量美國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，華為的高端芯片供應(yīng)鏈被切斷就是不爭(zhēng)的事實(shí)。

　　而根據(jù)《瓦森納協(xié)定》的規(guī)定，只有滿足國(guó)外和成員國(guó)技術(shù)相差1.5代左右，才能有機(jī)會(huì)解除禁售名單。也就是說(shuō)即便美國(guó)網(wǎng)開一面讓我們買，我們花大價(jià)錢能買到的，也永遠(yuǎn)都是落后的、被淘汰的技術(shù)產(chǎn)品!

　　世界上最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)

　　對(duì)于10 nm節(jié)點(diǎn)的芯片，尼康和佳能也提供了類似的光刻設(shè)備，但是在芯片制造過(guò)程中，光刻無(wú)疑是最關(guān)鍵、最復(fù)雜、最耗時(shí)的一步。簡(jiǎn)而言之，光刻技術(shù)的原理是在硅片上覆蓋一層高感光度的光刻膠，然后用紫外光通過(guò)掩模照射硅片。光刻膠在光照射下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。然后，用特定顯影劑清洗曝光/未輻照的光刻膠，將電路圖從掩模轉(zhuǎn)移到硅片上。

　　光刻技術(shù)是芯片生產(chǎn)中的核心工序，它定義了晶體管的尺寸，占晶圓制造時(shí)間的40%-50%。光刻技術(shù)約占晶圓制造設(shè)備總投資的23%。考慮到光刻膠、光刻膠氣體、掩模(掩模)、膠接開發(fā)設(shè)備等配套設(shè)施和材料的投入，整個(gè)光刻工藝成本約占芯片成本的三分之一。

　　而當(dāng)芯片進(jìn)入到7nm內(nèi)的工藝時(shí)，必須要用到EUV光刻機(jī)，即極紫外線光刻機(jī)，這種光刻機(jī)只有ASML能夠制造。一臺(tái)EUV光刻機(jī)的重量高達(dá)180噸，里面有10多萬(wàn)個(gè)零件，安裝和調(diào)試就需要一年多的時(shí)間。

　　作為整機(jī)制造商，ASML其實(shí)只負(fù)責(zé)光刻機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)和模塊集成，除了這些還需要全面精細(xì)的上游產(chǎn)業(yè)鏈作為堅(jiān)實(shí)的支撐。對(duì)于ASML的EUV光刻機(jī)來(lái)說(shuō)，ASML公司的90%的關(guān)鍵設(shè)備來(lái)自世界各地。 ASML有5000多家供應(yīng)商。其中，與產(chǎn)品相關(guān)的供應(yīng)商，即直接用于生產(chǎn)光刻系統(tǒng)的材料、設(shè)備、零件和工具，包括790家供應(yīng)商，約占ASML總支出的65%。

　　在一臺(tái)尖端光刻機(jī)上你會(huì)看到全世界各國(guó)頂尖技術(shù)的薈萃：比如德國(guó)提供蔡司鏡頭技術(shù)設(shè)備，日本提供特殊復(fù)合材料，瑞典的工業(yè)精密機(jī)床技術(shù)，美國(guó)提供控制軟件、電源等，還有其他數(shù)萬(wàn)個(gè)零件來(lái)自世界各地，目前世界任何一國(guó)都不具備制備高端光刻機(jī)所要求的全部頂尖技術(shù)、美國(guó)也不行。

　　光刻機(jī)是高附加值產(chǎn)品，一臺(tái)新的光刻機(jī)動(dòng)輒3000至5000萬(wàn)美元。而研發(fā)周期長(zhǎng)，投入資金也相當(dāng)巨大。其實(shí)EUV光刻技術(shù)已接近物理學(xué)、材料科學(xué)和精密制造的極限。它的研發(fā)費(fèi)用就超過(guò)了200億歐，研發(fā)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)二十多年。可見，開發(fā)EUV的研發(fā)成本巨大、購(gòu)買工具的成本巨大、而且使用和維護(hù)工具的成本巨大、因此，ASML在開發(fā)EUV工具方面確實(shí)冒了很大的風(fēng)險(xiǎn)。

　　中國(guó)目前的光刻機(jī)發(fā)展

　　我國(guó)的光刻技術(shù)還處于起步階段。僅僅是實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)國(guó)產(chǎn)化萬(wàn)里長(zhǎng)征的一部分，距離打破ASML的技術(shù)壟斷還有很長(zhǎng)的路要走。目前，荷蘭的ASML在光刻領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，占據(jù)了高達(dá)90%的市場(chǎng)份額，壟斷了高端光刻機(jī)市場(chǎng)，現(xiàn)最高水準(zhǔn)達(dá)到5nm精度。

　　目前上海微電子設(shè)備有限公司可以生產(chǎn)90nm精度的光刻機(jī)，它也代表著我國(guó)光刻機(jī)的最高水平。中國(guó)也在此方面雖然有長(zhǎng)期投入,但投入水平和不能和多國(guó)合作同日而語(yǔ)。光刻機(jī)的核心技術(shù)掌握目前看至少也需要二十多年，畢竟西方眾國(guó)也花了幾十年才做出來(lái)。

　　隨著美國(guó)的制裁和禁售、我國(guó)光刻機(jī)的未來(lái)只有自主研發(fā)這唯一出路。ASML縱然能保持技術(shù)和市場(chǎng)領(lǐng)先地位，但是隨著未來(lái)科技發(fā)展，技術(shù)更新突破、這些差距將會(huì)更快地被縮小。

　　而目前而言，國(guó)內(nèi)的高端芯片供應(yīng)鏈渠道嚴(yán)重受制于國(guó)外，如何自主研發(fā)打通高端芯片研發(fā)制造一條龍這才是目前最大的難題。