世界上有企业能做生产芯片的光刻机吗？这项技术有多难？

世界上制造光刻机技术最为先进的应该是荷兰，荷兰现在疫情闹得挺严重的，俄罗斯曾经给出一个神助攻督促，或者说给荷兰建议用荷兰的供货机换我们的口罩，因为现在医疗资源非常紧张，尤其是口罩和防护服。我们国家在光科技的研究制造方面和世界一流水平还有差距，我们不断的和全球做生意，有了经济交流，自然清楚其他国家处在一个什么样的水平大型的光客机精度够高的，光客机对我们国家的科技进步是产生决定性的作用的，比如说我们现在手机电脑所使用的芯片，我们的手机芯片是使用8毫米的还是6毫米的还是5毫米的，很大程度上取决于光刻机到底有多先进，而我们没有精度特别高的工作机，所以我们的自主芯片有难度。有很多企业是可以自己制造光刻机的，光刻机要说简单也简单，说难也难，如果说精度要求不是特别高的话，我们国家自己制造的，其实也没有问题，但是要求足够高的精度那就有问题了，因为掌握这些顶级技术的国家就那么几个，而且那些国家他们都形成了一个内部的联盟，这些技术不对外出口，他们内部封闭，我们连相应的研究资料以及设备都买不到，有钱也买不到，所以这是没有办法的事情，我们就得不断去提高自己的自主创新能力，自己去解决这个问题，毕竟靠别人永远不如靠自己。研究这个东西，当然不是个体企业的资金所能够支持的，有很多世界上能够制造高级光客机，也就是那些顶尖技术的光客机的企业都是有国家支持的，有他们的国家级拨给他们相应的资金，政策，让他们有更多的研发空间，能够去不断提高自主的创新能力，在世界范围内占有一席之地，对于提升综合国力，提升国家地位有着非常大的作用。

5G网络比4G快得多，几秒钟就能下载一个高清视频。快速意味着5G基带需要大量的RAM来缓存传入和传出的数据。巴龙5000还使用了3GB的三星LPDDR4X作为缓存，这几乎是手机内存的一半大小，与巴龙5000的基带大小相同。将5G基带集成到SOC芯片中，就像把两只大象放进冰箱一样，晶体管的数量会大大增加，设计难度也会增加一个数量级。现在市场喜欢全网，5G基带的集成，不能切断4G基带、5G基带融合在一起，既保持了插件的性能，又降低了功耗和发热，设计难度和成本又会增加一个数量级。

将5G基带集成到SOC芯片中需要精密的芯片设计和先进的芯片制造技术，这比把大象塞进冰箱要困难得多。光刻机被誉为世界半导体工业皇冠上的明珠，是人类现代工业文明和智慧的结晶，它包含了数学、光学、流体力学、机械、精密仪器、高分子物理化学、自动化、图像识别等诸多学科的精髓。相当于两架大飞机从起飞到降落。

德国提供最先进的机械技术，和世界一流的蔡司镜头，光学设备技术来自日本，工艺技术由英特尔，台积电，三星，瑞典的轴承，法国的阀门零件，他们都是迈尔的股东，这意味着他们有权优先订购光刻，其他国家想买不能买。我们的光刻机的精度是90纳米，EUV光刻机的发展差距大约是15年。一家中国公司向阿斯梅尔订购了一台光刻机。在接下来的几个月里，美国和荷兰保持着频繁的联系。在交货前夕，阿斯梅尔工厂无故起火，一个14nm制程厂的建造成本为100亿美元，而台积电正在开发的3nm制程将至少需要1000亿美元的研发加上资本支出。

随着制程的进一步缩小，芯片制造的难度确实已经快接近理论极限了。

制程工艺是指IC内电路与电路之间的距离。制程工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意味着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。

芯片难度接近理论极限

芯片制造工艺在1995年以后，从500纳米、350纳米、250纳米、180纳米、150纳米、130纳米、90纳米、65纳米、45纳米、32纳米、28纳米、22纳米、14纳米、10纳米、7纳米、5纳米， 一直发展到未来的3纳米 。

微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断改进，使得器件的特征尺寸不断缩小，从而集成度不断提高，功耗降低，器件性能得到提高。

目前的技术在7nm阶段只有台积电和三星两家了，而且三星的量产时间相对于台积电明显滞后，像苹果、华为、AMD、英伟达这样的7nm制程大客户订单，几乎都被台积电抢走。在这种先发优势下，台积电的7nm产能已经有些应接不暇。 在5nm一下制程节点已经鲜有玩家了，目前只有台积电和三星这两家，台积电称将于明年量产5nm ，而三星似乎要越过5nm，直接上3nm。

经过近些年来不断地奋起直追，部分公司在单一领域已经取得明显突破。比如， 刻蚀设备领域。 这一技术正是实现5nm、3nm芯片量产的核心技术。

刻蚀设备领域突破者

在刻蚀设备领域取得突破的公司， 就是鼎鼎大名的中微半导体 。

从2004年开始研发相关产品以来， 中微半导体目前的刻蚀机已经涵盖65纳米、45纳米、32纳米、28纳米、22纳米、14纳米、7纳米到5纳米关键尺寸的众多刻蚀应用 。其刻蚀机的工艺水平已达世界先进水平。

2017年7月， 台积电宣布，中微半导体被纳入其7nm工艺设备商采购名单 。去年12月，中微半导体自主研制的5纳米等离子体刻蚀机正式通过台积电验证，将用于全球首条5纳米制程生产线。目前，高端刻蚀机仅美国上市公司应用材料、东京电子和中微半导体等少数几家能通过台积电5nm验证的更少。

这是国内半导体厂商第一次参与世界最先进的芯片研发生产行列。

排上议事日程的硅片生产

另一方面芯片的的 原材料硅片 的出货量仍然供不应求额。

据SEMI统计， 2018年第一季度，全球硅片出货量达3084亿平方英寸，同比增长79% ，环比增长36%。2018和2019全年继续创造着记录，出货量分别为11814亿平方英寸和12235亿平方英寸。快速增长的需求让全球大硅片供应显得有些吃力。虽然相关厂商纷纷上调价格，但依旧有很大的供需缺口。

纵观全球硅片市场， 市场份额一直在少数几家如日本Shin-Etsu信越(市占率27%) ，日本SUMCO三菱住友株式会社(市占率25%)，中国台湾Global Wafers环球晶圆(市占率17%)，德国Silitronic(市占率15%)等厂商手里，总计超过90%的市场份额。 中国大陆始终在材料这一环节被掐住脖子。 这种情况对国产芯片想要实现自主可控的今天来说不可谓不严峻。因此近年来，我国已将本土大硅片生产厂排上了议事日程。

美国商务部宣布对中兴通讯采取出口管制措施，引发了全民对国产芯片的关注。

据数据统计，中国集成电路产品连续多年每年进口额超过2000亿美元，一旦缺“芯”，可以想像会面临什么生产困难。

我们经常碰到“芯片”、“集成电路”、“半导体”这几个术语，这些词在我们日常的讨论中经常是混用的，硬要区分的话，可以说集成电路是更广泛的概念。

1958年9月12日，在美国德州仪器公司担任工程师的JackKilby发明了集成电路的理论模型。1959年，曾师从晶体管发明人之一肖克莱的BobNoyce率先创造了掩模版曝光刻蚀方法，发明了今天的集成电路技术。

我们所说的集成电路指的是采用特定的制造工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及元件间的连线，集成制作在一小块硅基半导体晶片上并封装在一个腔壳内，成为具有所需功能的微型器件。在国家的产业统计上，集成电路也常常作为一个宽泛的概念而使用。

芯片则是指内含集成电路的半导体基片（最常用的是硅片），是集成电路的物理载体。而半导体是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，常见的有硅、锗、砷化镓等，用于制造芯片。

集成电路产业离普通人很近又很远。大多数人只知道手机电脑、各行各业里面都要用到电子器件，CPU、GPU、单片机、数控装备、汽车都离不开芯片，但是说起芯片的设计制造，却只有少数人知道。

芯片行业的技术含量可以说十分密集，像画板子、晶圆、流片、制程、封装、光刻这样的芯片制造“黑话”很多人可能闻所未闻。另外，芯片行业资金极度密集，生产线动辄数十亿上百亿美金。此外，人才也是这个行业的稀缺资源。一方面是技术又贵又难、人才难以培养，另一方面是行业的集中度很高，少数的几家大企业垄断了行业的尖端技术和市场，剩下的企业里人才的待遇也就很难赶上几家巨头了。

物联网应用中有三项关键技术：1、传感器技术，这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。2、RFID标签也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。3、嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。
发展问题尽管我国已大量生产射频标签，但仍然存在四大问题制约发展。首先，芯片和读写器核心模块严重依赖进口。其次，射频标签自主技术标准缺位。再次，市场因素制约射频标签规模化推广。第四，民营企业处于竞争劣势，风险投资态度谨慎。

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d，目前国际上已经有9个国家可以制造原子d，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。

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