光刻机全球有几台

光刻机被限制，中芯国际晶圆厂延期，为何不用国产光刻机？

科技铭程

原创

2023-2-18 17:15 · 来自陕西 · 优质科技领域创作者

近日，中芯国际表示：由于难以获得先进的芯片制造设备，其在北京的新工厂落后于预期。

尽管中芯国际没有具体说明是何种设备，但根据推测，被限设备来自ASML的浸没式DUV光刻机。

因为中芯国际于2020年12月被列入实体名单，未经美商务部许可，相关公司不得向实体清单上的公司销售设备和相关零部件。

而这相关公司就包括荷兰ASML。荷兰ASML就是全球光刻机龙头，EUV光刻机的唯一制造商。

那么问题来了，既然买不到ASML光刻机，为什么不使用上海微电子的国产光刻机呢？

ASML的光刻机有多强

ASML中文名为阿斯麦，成立于1984年，总部位于荷兰埃因霍温，是全球最大的半导体设备制造商，也是全球EUV光刻机的唯一制造商。

出货量全球第一

2021年全球光刻机共生产478台，较2020年增长65台，涨幅为15%。其中ASML拿下了309台，占比65%。

中高端市场（DUV光刻机）出货103台，占据93.6%的市场份额，高端EUV光刻机出货42台，全部为ASML制造。

根据预测，2022年全球光刻机出货量将达到510台，ASML继续大幅领先。EUV光刻机出货量超过50台，制造商仍然只有ASML。

从出货量方面可以看出，ASML是妥妥的光刻机龙头，将日本尼康、佳能远远的甩在身后。

销售额全球第一

2021年，全球光刻机市场份额为1076亿，ASML一家就达到了854亿，占比79%。

2023年1月25日，ASML公布了2022年业绩，全年营收1562亿人民币，同比增长13.8%。净利润为412亿人民币，再创新高。

尽管2022年全球光刻机销售额尚未公布，但可以预料的是ASML的销售占比会继续扩大。

技术最强

在技术方面，ASML同样是当仁不让。

所有半导体设备中，EUV光刻机的技术含量是最高的，而它的制造商只有ASML一家，这足以反映出ASML在技术方面的实力。

可能有网友会说了，ASML只不过是组装大厂而已，它的技术含量仅为10%。但是，你千万不要小看了这10%。

ASML在EUV光刻机上的技术主要为极紫外光技术。

EUV光刻机的光源采用了13.5nm的极紫外光，大自然中没有这种光，只能人工制造。

首先要准备一台30KW的大功率激光发射器，可以发射频率高达50000HZ的高频激光。

然后再准备一台设备，这台设备有一个特殊的喷嘴，可以将融化的锡滴直径缩小至20微米左右，相当于“人类头发直径的三分之一”。

最后就是调试，要确保第一束激光准确的击中下落的锡滴，第二束激光再次击中锡滴，激发出极紫外光。

整个过程最难之处就是，持续性的高精度，高准确性。

光源设备最初由美国Cymer公司制造，后来被ASML收购。ASML也成为了极紫外光源技术的垄断者。

产业链最庞大

ASML的产业链也极其庞大，EUV光刻机的零部件高达10万个，仅供应商就近2000家，其中不乏蔡司、东京应化之类的行业巨头。甚至不少企业以进入ASML的供应链为荣。

而下游应用企业包括台积电、三星、英特尔、联电、格芯、中芯国际等众多芯片制造巨头。

我们手机搭载的苹果仿生、高通骁龙、华为麒麟、联发科天玑等等都离不开ASML的光刻机。

在组装方面，ASML同样具有极大的优势。

一台EUV光刻机拥有10万个零部件、4万个螺栓、2公里软管、3000条电缆和数吨重的镜片。这些零部件紧密相连，任何一个部件出现问题，都可能导致整台设备失控。

在进行安装作业时，一台火车驶过，传出10—20Hz的震动，就会导致设备失灵。

因此必须要有一个强大的组装团队。ASML的组装团队高达上万人，仅在中国区就超过了1300人。这些组装人员不仅技术高超，而且每年进行大量的培训。

如今ASML开始打造新一代光刻机——High NA EUV光刻机。

这套光刻机系统的镜片数值孔径将达到0.55 NA，具有更高的分辨率，更高的生产效率。据悉，未来将达到每小时220片晶圆的生产率。届时ASML将会更加强大。

在光刻机领域，ASML过于强大，以至于嚣张的说：“即便把图纸公开，中国也造不出光刻机。”

如今，在美国的压力下，ASML不仅拒绝为内地企业供货EUV光刻机，甚至连DUV光刻机也开始受到限制。

内地芯片代工龙头中芯国际就坦言，由于设备问题导致北京的晶圆厂无法顺利开工。那么为什么中芯国际不使用国产光刻机呢？

国产光刻机水平如何？

国产光刻机龙头是上海微电子设备公司，于2002年3月由上海市政府和中科院牵头成立，目前已经可以量产90nm光刻机。

那么上海微电子与ASML差距有多大呢？

技术差距

上海微电子制造的90nm光刻机，可以生产90nm芯片，重复光刻的话理论上可以生产45nm芯片，但是成品率会大幅下降。而ASML制造的EUV光刻机可以生产3nm芯片。

45nm芯片落后于3nm芯片整整5代，这需要数十年时间的追赶。

在具体核心技术方面，ASML已经掌握了先进的EUV技术，并且拥有大量的专利，而上海微电子却没有。

此外，在组装技术方面，上海微电子只能算得上“入门”，而ASML绝对称得上“专业”，这样的差距也绝非短时间内能够追平的。

生态差距

很多网友认为只有软件、 *** 作系统才有所谓的生态，其实硬件、设备同样有生态。

制造芯片的设备不仅有光刻机，还有涂覆、CVD、检测、清洗等十几种设备，这些设备需要相互配合，共同完成芯片制造。

如果不能匹配，那么整个芯片制造环节的工作量就会增加几倍。

ASML的光刻机广泛的应用在芯片制造领域，早已和各大厂家生产的其他设备相互兼容、相互配合。

此外在硅晶圆、掩膜版、光刻胶、CMP粉浆、高纯度液体、等半导体材料方面，ASML的光刻机同样与之相匹配，这些方面上海微电子仍需努力。

供应链差距

国产光刻机在供应链方面也表现出先天不足。

早在2009年时，上海微电子就研发出了90nm光刻机，并通过了验收，但直到2018年才宣布，这是为什么呢？

因为当时，这批设备采用了德国蔡司的镜头，而当时的蔡司突然接到命令，停止为上海微电子供货。

失去了蔡司供货，国产镜头又达不到要求，只好延迟发布。很多网友觉得一个小小的镜片就能卡住国产光刻机的脖子？

真的不要小看了这小小的镜片，它的数值孔径为0.93NA，分辨率为90nm，平整度要求极高，几十公里的起伏度不能超过一毫米。

为了研发这样的一组镜片，长春国科精密光学用了近10年的时间，才研发成功。

2018年，这组镜片成功安装在了上海微电子的光刻机上，经过测试达到了相关要求。

除了镜片外，还有光源、工作台、精密轴承等近10万个零部件，这些都需要众多的供应商来解决。

据悉，ASML拥有来自欧美日韩等国近2000家供应商，而上海微电子被列入美商务部“实体清单”后，只能采用国产配件，这让其供应链大打折扣。

此外，上海微电子的光刻机在稳定性方面也比不上ASML，而稳定性关系到芯片的良品率。没有人希望自己的芯片在制造时，因为设备问题而报废。

总的来说，国产光刻机在技术、生态、供应链、稳定性等多个方面落后于ASML，要想掌握EUV光刻机技术，追上ASML的水平，还需要很长的时间。

此外，中芯国际北京晶圆厂，制造的芯片是28nm工艺的，只有荷兰ASML和日本尼康的光刻机符合要求。

这就是为什么，中芯国际等国产芯片代工厂不愿意选择国产光刻机的主要原因。

中芯国际如何破解难题？

中芯国际要想解决芯片制造难题，就要融入国产光刻机的产业链。试想一下，大家都不使用上海微电子的光刻机，那如何验证它的水平，发现它的不足之处呢？

上海微电子卖不出设备，也就无法盈利，也就拿不出更多的资金去研发高端光刻机，也就无法解决国产芯片的设备难题。

所以中芯国际在90nm芯片制造环节上，还是要优先选择国产设备。

正视不足、拒绝浮夸

最近网上一直充斥着，上海微电子已经研发出28nm、14nm的光刻机、甚至7nm光刻机也即将量产。

实际上，光源系统、透镜、浸没式、双工作台等核心技术，我们还差距很大。要想完全掌握这些技术还需要付出大量的人力、物力、财力和时间。

同时，我们在稳定性方面也远比不上ASML。这就需要加强我们的售后和组装技术。

心无旁骛、持续研发

搞研发最忌讳心浮气躁，断断续续。一看到能买，就想放弃研发，认为“造不如买”。然而，当你自废武功后，各种打压就会接踵而至。

科技没有捷径，也没有所谓的“弯道超车”，有的只是不断投入、持续研发。甚至是数十年如一日。

政策支持，集中力量办大事

政策支持有多重要呢？我们以日本为例来说。

日本的半导体就得到了美国的支持和授权后，才快速发展起来的。这个支持和授权就来自美国政府，最初目的是扶持日本对抗当年的苏联。

三菱、京都电气拿到了仙童公司的授权后，日本通产省就制定了相关政策，组织NEC、日立、富士通、东芝和三菱电机成立了“超大规模集成电路技术研究组合”。

此后，日本在半导体产业快速的发展，直至超越美国。

1985年，美国就针对日本半导体发起了第一次301调查，并在1986年迫使日本签署了日美半导体协议。

此后，日本半导体行业开始快速下滑，市场份额从53%的高点下降至7%。到今天，全球领先的半导体设计、制造公司已经看不到日本企业的踪影了。

可见，政策对芯片的影响力着实太大了。

如果我们能够出台持续的正确的产业政策，那么国产芯片逆袭超越是迟早的事。

写到最后

光刻机被限，中芯国际斥巨资建造的晶圆厂迟迟不能投产，归根结底就是国产光刻机的落后造成的。

如果我们能够正视自身的不足，加大研发力度，再配以对应的政策，相信国产光刻机技术必会大幅提升。

同时，我们的芯片企业也要支持使用国产光刻机，发现问题，解决问题。

我是科技铭程，欢迎共同讨论！

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半导体制造设备和材料是半导体行业最上游的环节。目前来看，集成电路设备制造是中国芯片产业链中最薄弱的环节。经过20多年的追赶，中国与世界在芯片制造领域仍有较大差距。虽然中国在该领域整体落后，但刻蚀机方面已在国际取得一席之地。

全球半导体设备市场的后起之秀

随着近些年 社会 对集成电路的重视和大批海外高端人才的回归，我国的集成电路在这几年出现了飞速的发展。在IC设计（华为海思）、IC制造（中芯国际）、IC封测（长电 科技 ）、蚀刻设备（中微半导体）上出现了一批批优秀的企业。

1、半导体设备

我们的主角中微半导体所在的领域就是半导体设备细分行业，这个行业主要有两种半导体设备，一是光刻机，一个是刻蚀机。中微是以刻蚀机为主要设备的供应商，去年12月公司自主研制的5nm等离子体刻蚀机正式通过台积电验证，将用于全球首条5nm制程生产线。

芯片，这个从前被戏称为：除了水和空气，其他都是进口的行业。最近中美贸易战的焦点就是在芯片领域，美国政府对华为的封锁就是下令美国供应商没有经过国会批准不准买给华为芯片。这也是我们非常气愤的地方，为什么中微半导体有了最先进的设备还是会受人制肘呢？

主要是我国的短板在于光刻机，与国外先进技术有非常大的差距。为什么刻蚀机技术那么好，不能弥补这个短板吗？这就是光刻机和蚀刻机的不同，有一部分人把蚀刻机与光刻机搞混。其实两者的区别非常的大，光刻机是芯片制造的灵魂，而蚀刻机是芯片制造的肉体。

光刻机把电路图投影到覆盖有光刻胶的硅片上面，刻蚀机再把刚才画了电路图的硅片上的多余电路图腐蚀掉。光刻机把图案印上去，然后刻蚀机根据印上去的图案刻蚀掉有图案（或者没有图案）的部分，留下剩余的部分就是集成电路。所以说这是两个过程要用到的设备，而且这两个过程是连续的。

我国光刻机的最高水平是上海微电子的90nm制程，世界顶尖的光刻机是ASML的7nm EUV光刻机，ASM已经开始研制5nm制程的光刻机。相对来说，我国在光刻机制造领域与国际先进水平有很大的差距，高端光刻机全部依赖进口。只能说我国的刻蚀机技术领先，中微半导体的介质刻蚀机、硅通孔刻蚀机位于全球前三。但是在整个产业链的产能和技术上，与一些大型的企业差距非常的大，所以在中美贸易战中显得很吃亏。

那我们说完了中微半导体这个单独的行业领域，现在放眼整个行业，来看看半导体设备到底在这个行业中扮演者什么角色？

2、半导体产业

半导体的发展是越来越集成化，越来越小。从早期的电子管到现在的7nm器件，一个小小的芯片上需要有几百个步骤和工艺，显示出高端技术的优越性。也正是这样的行业特点，导致整个行业非常依赖技术的创新。而半导体设备是制作芯片的基石，没有这一块芯片不可能出现。

可以看到虽然产值低，但是缺这个还真的没办法发展下游。这也是贸易战在芯片领域为什么大打出手的原因，没有先进的技术，很难发展非常广大的信息系统。可以说这一行创造的价值并不高，但是不能缺少，是高端技术的积累。

大国重器：7nm芯片刻蚀机龙头

在技术含量极高的高端半导体产业中，能与美欧日韩等国际巨头同台较量的中国企业凤毛麟角，而中微半导体是其中一家。中微半导体是一家以中国为基地、面向全球的高端半导体微观加工设备公司，主要从事半导体设备的研发、生产和销售。而要了解中微这家公司，先不得不介绍一下公司创始人尹志尧。

尹志尧是一个颇具传奇色彩的硅谷技术大拿。

1980年赴美国加州大学洛杉矶分校攻读物理化学博士，毕业后进入英特尔中心研究开发部工作，担任工艺程师；1986年加盟泛林半导体，开发了包括Rainbow介质刻蚀机在内的一系列成功的等离子刻蚀机，使得陷入困境的泛林一举击败应用材料，跃升为全球最大的等离子刻蚀设备制造商，占领了全球40%以上的刻蚀设备市场。

以此同时，泛林与日本东京电子合作，东京电子从泛林这里学会了制造介质等离子体刻蚀机，复制其Rainbow设备在日本销售，后来崛起为介质刻蚀的领先公司。

1991年，泛林遭老对手美国应用材料挖角，尹志尧先后历任应用材料等离子体刻蚀设备产品总部首席技术官、总公司副总裁及等离子体刻蚀事业群总经理、亚洲总部首席技术官。

为了避免知识产权风险，尹志尧从头再来，用不同于泛林时期开发的技术，研发出性能更好的金属刻蚀、硅刻蚀和介质刻蚀设备，应用材料再次击败泛林，重返行业龙头地位，到2000年，应用材料占据了40%以上的国际刻蚀设备市场份额。

目前全球半导体刻蚀设备领域三大巨头——应用材料、泛林、东京电子，都与尹志尧的贡献密切相关。

2004年8月，已年届六旬的尹志尧带领15名硅谷资深华裔技术工程师和管理人员回国，创立了中微半导体，并在短短数年之间崛起为全球半导体设备领域的重要玩家。

中微从2004年创立时，首先着手开发甚高频去耦合的CCP刻蚀设备Primo D-RIE，到目前为止己成功开发了双反应台Primo D-RIE，双反应台Primo AD-RIE和单反应台的Primo AD-RIE三代刻蚀机产品，涵盖65nm、45nm、32nm、28nm、22nm、14nm、7nm到5nm关键尺寸的众多刻蚀应用。

从2012年开始中微开始开发ICP刻蚀设备，到目前为止己成功开发出单反应台的Primo nanova刻蚀设备，同时着手开发双反应台ICP刻蚀设备。公司的ICP刻蚀设备主要是涵盖14nm、7nm到5nm关键尺寸的刻蚀应用。

这里面看起来是几个似乎不起眼的数据，但里面蕴含了满满的技术含量。而中微到底是否掌握了5nm刻蚀技术，一时间众说纷纭。如今，中微半导体与泛林、应用材料、东京电子、日立4家美日企业一起，组成了国际第一梯队，为全球最先进芯片生产线供应刻蚀机。

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