光刻机的发展历史

光刻技术的发展1947年,贝尔实验室发明第一只点接触晶体管。从此光刻技术开始了发展。1959年,世界上第一架晶体管计算机诞生,提出光刻工艺,仙童半导体研制世界第一个适用单结构硅晶片。1960年代,仙童提出CMs|C制造工艺,第一台C计算机BM360,并且建立了世界上第一台2英寸集成电路生产线,美国GCA公司开发出光学图形发生器和分布重复精缩机。1970年代,GCA开发出第一台分布重复投影曝光机,集成电路图形线宽从15μm缩小到0.5um节点。1980年代,美国SVGL公司开发出第一代步进扫描投影曝光机,集成电路图形线宽从0.5m缩小到035m节点。1990年代,n1995年,Cano着手300mm晶圆曝光机,推出EX3L和5步机ASMLFPA2500,193nm波长步进扫描曝光机、光学光刻分辨率到达70nm的“极限。2000年以来,在光学光刻技术努力突破分辨率“极限”的同时,NGL正在研究,包括极紫外线光刻技术,电子束光刻技术,X射线光刻技术,纳米压印技术等。

中国光刻机历程

1964年中国科学院研制出65型接触式光刻机；1970年代，中国科学院开始研制计算机辅助光刻掩膜工艺；清华大学研制第四代分部式投影光刻机，并在1980年获得成功，光刻精度达到3微米，接近国际主流水平。而那时，光刻机巨头ASML还没诞生。

然而，中国在1980年代放弃电子工业，导致20年技术积累全部付诸东流。1994年武汉无线电元件三厂破产改制，卖副食品去了。

1965年中国科学院研制出65型接触式光刻机。

1970年代，中国科学院开始研制计算机辅助光刻掩模工艺。

1972年，武汉无线电元件三厂编写《光刻掩模版的制造》。

1977年，我国最早的光刻机GK-3型半自动光刻机诞生，这是一台接触式光刻机。

1978年，1445所在GK-3的基础上开发了GK-4，但还是没有摆脱接触式光刻机。

1980年，清华大学研制第四代分步式投影光刻机获得成功，光刻精度达到3微米，接近国际主流水平。

1981年，中国科学院半导体所研制成功JK-1型半自动接近式光刻机。

1982年，科学院109厂的KHA-75-1光刻机，这些光刻机在当时的水平均不低，最保守估计跟当时最先进的canon相比最多也就不到4年。

1985年，机电部45所研制出了分步光刻机样机，通过电子部技术鉴定，认为达到美国4800DSW的水平。这应当是中国第一台分步投影式光刻机，中国在分步光刻机上与国外的差距不超过7年。

但是很可惜，光刻机研发至此为止，中国开始大规模引进外资，有了＂造不如买”科技无国界的思想。光刻技术和产业化，停滞不前。放弃电子工业的自主攻关，诸如光刻机等科技计划被迫取消。

九十年代以来，光刻光源已被卡在193纳米无法进步长达20年，这个技术非常关键，这直接导致ASML如此强势的关键。直到二十一世纪，中国才刚刚开始启动193纳米ArF光刻机项目，足足落后ASML20多年。

光刻机（Mask Aligner）是采用类似照片冲印的技术，把掩膜板上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上的设备，是制造芯片的核心装备，也是目前顶尖 科技 的代表。中美 科技 竞争下，因光刻机使用部分美国技术，华为自研的高端芯片供应链被掐断，中芯国际也无法采购最先进的EUV。高端光刻机已成为当前中国半导体的软肋。

高精度光刻机的制造工艺极其复杂，核心零件便有8万个左右，共需要超10万个零部件，因此，光刻机也有了“现代光学工业之花”的称号。如此高的制造门槛，也就导致了光刻机制造领域的玩家也寥寥无几。“头部玩家”基本被荷兰阿斯麦（ASML），日本的尼康和佳能垄断：

佳能光刻机

佳能光刻机的 历史 始于对相机镜头技术的高度应用。佳能灵活运用20世纪60年代中期在相机镜头开发中积累的技术，研发出了用于光掩膜制造的高分辨率镜头。此后，为了进一步扩大业务范围，佳能开始了半导体光刻机的研发，并于1970年成功发售日本首台半导体光刻机PPC-1，正式进入半导体光刻机领域。目前，佳能的光刻机阵容，包括i线光刻机和KrF光刻机产品线。佳能已累计出货5600余台光刻设备，覆盖众多领域，尤其是在步进光刻机细分市场，佳能有超过80%的市场份额，受到了中国客户的喜爱。

尼康光刻机

尼康则是凭借相机时代的积累，在日本半导体产业全面崛起的初期，一度成长为全球光刻机巨头，独占行业50%以上的份额。手里的大客户英特尔，IBM，AMD，德州仪器等几乎每天堵在尼康门口等待最新的产品下线，一时风光无两。然而，在美国政府将EUV技术视为推动本国半导体产业发展的核心技术后，美国便将自己一手支持的当 时尚 属小角色的阿斯麦推上前台，并在半导体干湿刻法的技术之争中胜出，尼康也由此开始衰落。其昔日的客户和盟友纷纷背叛，晶圆代工厂基本都将尼康的光刻机排除在大门之外。尼康目前出货的光刻机基本只能卖给三星，LG，京东方等用来生产面板。受各业务下滑影响，尼康不得不进行了多次的大规模裁员。

ASML光刻机

ASML现在则是光刻机制造领域无可争议的霸主。它为半导体生产商提供光刻机及相关服务，其TWINSCAN系列是世界上精度最高，生产效率最高，应用最为广泛的高端光刻机型。全球绝大多数半导体生产厂商，都向ASML采购TWINSCAN机型，比如英特尔（Intel）、三星（Samsung）、海力士（Hynix）、台积电（TSMC）、中芯国际（SMIC）等。

市场上的主力机种是XT系列以及NXT系列，为ArF和KrF激光光源，XT系列是成熟的机型，分为干式和沉浸式两种，而NXT系列则是主推的高端机型，全部为沉浸式。

ASML基于极紫外（EUV）光源的新型光刻机，型号定为NXE系列，是一个划时代的产品，关键尺寸在10nm以下的芯片晶圆，只能用EUV光刻机生产，ASML实现了该领域的100%垄断。

在国产光刻机制造企业当中，上海微电子相对比较出色。

目前，上海微电子能量产的光刻机是在90nm，其主要在低端光刻机领域发力，在低端领域拿下全球40%的市场份额。而中国有80%的低端光刻机都来自于上海微电子。今年，上海微电子将交付中国首台28nm immersion式光刻机，制程技术进步不小。

以上对比可以看出，中国和日本在光刻机领域已存在不小的差距，而在与全球顶尖供应链厂商ASML相比时，更是难以企及。难怪ASML公司总裁放言，就算把图纸给我们的公司，也永远仿造不出顶级光刻机！这话虽然听着让人非常不爽，但是不得不承认这就是现阶段的现实问题！

如今，在美国霸权限制横行之下，中国已深深明白了光刻机的极端重要性。每个中国人也都心知肚明，只有我们自己真正拥有，才能无所畏惧。在芯片问题亟待解决的今天，加上国家的大力引导，中国人自己的高端光刻机必将更早成为现实。

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