高端光刻机为什么难“买”又难“造”？

我们国内确实是既难买又难造高端的光刻机，包括7纳米的和5纳米的，当前就是在这最后的一个端上陷入了现实的两难处境，短期内不可能脱离，是个长期性的现实。

只要成功研发出了高端的制造技术，难造就会变成易造了；只要即将成功制造出高端的光刻机产品，难买就会变成易买了 。处境变成两易的了！而到了两易的时候， 只要不受国内已经易买国外高端产品这个“外部干扰”，坚持不懈地自主制造即将成功的高端光刻机，直至下线、量产、上市，就完全彻底脱离出两难处境了 ，再买高端的，多了一个好的选择，头一回能来个货比两家，关键是个更好的选择，因为是本国自主可控的；再造更高端的，有了一个高的基础，关键在于更高端的不过是同一端上的，即便是顶级的。 这就是造与买的关系在我们中国的样子，连造与买低端和中端光刻机的关系也是这个样，与在美国及其盟国盟友那里的大不相同，已经被 历史 上的正和反事实反反复复地证明了。

造与买的关系在今后的中国只会是这个样！ 与美国及其盟国盟友大不相同，我们国内不造高端以及顶级光刻机就根本买不到，将造出就买得到，已造出就会被国内和国外买，造出高端光刻机的企业也能赚来大钱，特别是，让本国的高端芯片制造企业在核心工艺设备上不可能再被美国和荷兰联合起来卡脖子了，在其它工艺设备以及材料上也就不可能再被美国单独卡脖子了，从而让本国的高端芯片设计企业在高端芯片代工上也不可能再被卡脖子，还让本国的高端封测企业将其拥有的高端技术用在高端国产芯片封测上，终结一连串本国企业的一大段无奈、尴尬甚至有的屈辱、有的耻辱的 历史 ；关键是，让本国断在高端光刻机技术和产品上的高端技术链产业链供应链建起了、强起了，整个雄起，尽管高端光刻机很可能是最后补上的一强，接着，高端自主的国产芯片就有了！再接着，就会有、还会相对快地有更为高端直至顶级的自主芯片！在达到了7纳米高端自主的时候，在整个的中国这里，买国外芯片花大钱的 历史 就终结了，卖国产芯片赚大钱的 历史 就开启了，看看吧、想想吧， 造不如买？！

为什么陷入了两难处境？ 从现象上看，难买外国的是因为国内没有制造出来高端光刻机产品，难造本国的是因为国内没有研发出来高端光刻机技术，技术和产品都被国外垄断着，由此可知， 从实质上看，国内没有研发出来高端技术既是难买又是难造高端产品的实质性原因，也就是陷入两难处境的实质原因，正确处理造与买的关系就成为了摆脱两难处境的实质性办法 。 历史 事实表明， “造不如买”的实质就是“研不如买”。 自己研发出来高端自主制造技术包括整机集成的和部件制作的固然也是难的，不仅是最前面的难，还是最难的， 而到如今仍是难买又难造，与自主研发技术曾经是人为造成的最难大有关系 。

光刻机被誉为半导体产业皇冠上的明珠。光刻机的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上，在某种程度上来说，光刻工艺的决定了半导体线路的线宽，同时也决定了芯片的性能与功耗，越高端的芯片，所需要的光刻工艺也越先进。

“工欲善其事，必先利其器”，光刻机就是芯片制造中的那一把“利器”，也被誉为半导体产业皇冠上的明珠。光刻机的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上，在某种程度上来说，光刻工艺的决定了半导体线路的线宽，同时也决定了芯片的性能与功耗，越高端的芯片，所需要的光刻工艺也越先进。

大家都知道，芯片很重要，离开了芯片，几乎所有电子设备都会失去作用。但要是离开光刻机，自然也就制造不出芯片，同样也不可能有手机、电脑等电子设备的产生。

光刻机的关键技术：以光为媒，刻化微纳于方寸之间

指甲盖大小的一枚芯片，内部却包含了上千万个晶体管，犹如一座超级城市，线路错综复杂，这跟光刻机的工作原理相关，其中涉及系统集成、精密光学、精密运动、精密物料传输、高精度微环境控制等多项先进学科。因此光刻机是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备，具备极高的单台价值。

如果单纯从工作原理的角度来解析，光刻机并不复杂。“以光为媒，刻化微纳于方寸之间”，光刻机是通过串联的光源能力以及形状控制手段，将光束透射过画着线路图的校正，经过物镜补偿各种光学误差，将线路图成比例缩小后映射到硅片上，然后使用化学方法进行显影、刻蚀处理，最终得到刻在硅片上的电路图。

但是它最难的在于，需要在极小的空间内完成超精细的纳米级雕刻工艺，为具备这项能力。需要掌握的关键技术有很多，主要包括以下几种：

1、“微缩投影系统”即所谓的“光刻机镜头”。这种镜头不是一般的镜头，其尺寸可以达到高2米直径1米甚至更大。光刻机的整个曝光光学系统，可能需要20多块锅底大的镜片串联组成，将光学零件精度控制在纳米级别。每块镜片都由高纯度透光材料制成，还包括高质量抛光处理等过程，一块镜头的成本在数万美元上下

2、既然叫做“光刻机”，所以“光源”也是光刻机的核心之一，要求光源必须发出能量稳定且光谱很窄很窄的紫外光，这样才能保证加工精度和精度的稳定性。按照光源的发展轨迹，光刻机从最初的紫外光源(UV)发展到深紫外光(DUV)，再到如今的极紫外光(EUV)，三者最大的不同在于波长，波长越短，曝光的特征尺寸就越小。

(资料源自上海微电子官网、东兴证券研究所，OFweek电子工程网制图)

最早的光刻机采用汞灯产生的紫外光源，从g-line一直发展到i-line，波长从436nm缩短到365nm。随后，业界利用电子束激发惰性气体和卤素气体结合形成的气体分子， 向基态跃迁时所产生准分子激光的深紫外光源，将波长进一步缩短至193nm，由于在此过程中遇到了技术障碍，因此采用浸没式(immersion)等技术进行矫正后，光刻机的极限光刻工艺节点可达28nm。

如今，业界最先进的光刻机是EUV光刻机，将准分子激光照射在锡等靶材上，激发出波长13.5nm的光子作为光刻机光源。EUV光刻机大幅度提升了半导体工艺水平，能够实现7nm及以下工艺，为摩尔定律的延续提供了更好地方向。而业界也只有ASML一家能够提供EUV设备，处于产业金字塔顶端

3、分辨率，对光刻工艺加工可以达到的最细线条精度的一种描述方式。光刻的分辨率受光源衍射的限制，所以与光源、光刻系统、光刻胶和工艺等各方面都有关系，总体来说，分辨率和光源波长的关系可以用公式“R(分辨率)=K1(工艺参数)λ(光源波长)/NA(光学镜头的数值孔径)”

4、工艺节点，是反映芯片技术工艺水平最直接的参数。工艺节点的尺寸数值基本上和晶体管的长宽成正比关系，每一个节点基本上是前一个节点的0.7倍，0.7X0.7=0.49，所以每一代工艺节点上晶体管的面积都比上一代小大约一半，因此单位面积上的晶体管数量将翻番，这就是著名的摩尔定律。一般18 24个月，工艺节点就会发展一代。

工艺节点发展以28nm为分水岭，虽然依然按照0.7倍的规律前进，但实际上晶体管的面积以及电性能的提升远落后于节点数值变化。比如英特尔当时统计数据显示，他们20nm工艺的实际性能已经相当于三星14nm和台积电的16nm工艺。更麻烦的是，不同厂商工艺节点换算方法不一，导致了很多理解上的混乱。因此，只有对芯片有很高要求的产品才会采用28nm及以下先进工艺。当然，发展到现在，台积电已经开发出了更为先进的5nm工艺并实现量产，今年下半年就会有搭载相关芯片的产品面世。

高端光刻机为什么难买又难造?

一般来说，一条芯片生产线上需要好几台光刻机，而一台光刻机的造价也非常高，其中成像系统和定位系统最贵，整台设备算下来造价三千万到五亿美元不等。此外，光刻机上的零部件还包括来自瑞典的轴承、德国的镜头、美国的光栅、法国的阀件等等，都属于各个国家的高端工艺产品。

光刻机的折旧速度非常快，每天大概就要花费3 9万人民币，将其称为“印钞机”也不为过。正是因为光刻机昂贵的造价和上文中提到的各项高先进技术，ASML一年也只能制造出20多台EUV光刻机。

这么昂贵的设备，ASML公司一年卖出几台就够养活整个公司了，中国市场一直以来都是ASML看好的重点业务区域，但是却偏偏不能向中国出售高端光刻机，为什么呢?这里就要提到《瓦森纳协定》。比如中芯国际苦苦等待的EUV光刻机，虽然设备一直没到，但是也没有因此停止研发进程，已经在14nm的基础上研发出“N+1”、“N+2”工艺，等同于7nm工艺，公司联合首席执行官兼执行董事梁孟松也透露出，现阶段哪怕不用EUV光刻机，也可以实现7nm工艺。但想要大规模成熟量产，依然离不开EUV光刻机。

中国又被誉为“制造大国”，既然买不着，那自己造如何?

在过去，搜狐能 copy 雅虎，淘宝能 copy eBay，滴滴 copy Uber，那咱们能不能 copy 一个ASML出来自己造光刻机?要知道，ASML可谓是当前光刻机领域的“一哥”，尽管尼康和佳能与之并称“光刻机三巨头”，但在支持14nm及以下的光刻机上，唯有ASML一家独大。

“光刻机之王”ASML的成功难以复制。ASML出身名门，由原本荷兰著名的电器制造商飞利浦公司半导体部门独立拆分出来，于2001年更名为 ASML。

在ASML背后，还有英特尔、三星、台积电、SK海力士等半导体巨头为其撑腰，只有投资了ASML，才能成为其客户，拿到光刻机产品的优先供货权。多方资本注入下，ASML也有了更多强化自身实力的机会：

2001年，ASML收购美国光刻机厂商硅谷集团获得反射技术，市场份额反超佳能，直追尼康

2007年，ASML收购美国 Brion 公司，成为ASML整体光刻产品战略的基石

2012年，ASML收购全球知名准分子激光器厂商Cymer，加强光刻机光源设备及技术

2016年，ASML收购台湾半导体设备厂商汉微科，引入先进的电子束晶圆检测设备及技术

2016年，ASML收购德国卡尔蔡司子公司24.9%股份，加强自身微影镜头技术

2019年，ASML宣布收购其竞争对手光刻机制造商Mapper知识产权资产。

在上文中提到，光刻机设备融合了多门复杂学科，不仅种类繁多，还要求是当前该领域最先进的技术，放眼当下没有任何一家公司敢说自己能在这些领域都做到最好。也就只有ASML能够不断通过自研、收购等方式，一步步走上神坛。

说出来很多人可能不信，我国最早研发光刻机的时候，ASML还没有出现。资料记载，1977年也就是中国恢复高考那年，我国最早的光刻机-GK-3型半自动接近式光刻机诞生，由上海光学机械厂试制。

80年代其实开了个好头，1981年，中国科学院半导体所成功研制出JK-1型半自动接近式光刻机样机。1982年国产KHA-75-1光刻机的诞生，估计跟当时最先进的佳能相比也就相差4年。1985年中国第一台分步投影式光刻机诞生，跟美国造出分布式光刻机的时间差距不超过7年。这些都说明当时中国其实已经注意到了投影光刻技术的重要性，只是苦于国内生产工艺尚不成熟，所以很难实现量产。

80年代末期，“造不如买”的思想席卷了大批制造企业，我国半导体产业研发进程出现了脱节，光刻机产业也未能幸免。

虽然后续一直在追赶国外列强的脚步，但产业环境的落后加上本来就与世界先进企业有差距，使得中国终究没有在高端光刻机领域留下属于自己的痕迹。

“眼看他起朱楼，眼看他楼塌了”，80年代初期奠定的中国光刻机产业基础就这样被轻视了。这也是为什么我国光刻机产业一直赶不上国外的原因，再加上光刻机制造所需要的各种零部件，也都受到不同程度的管制，如今想再追回来，实在太难。

中国高端光刻机正在路上

2001年， 科技 部和上海市于2002年共同推动成立上海微电子装备公司，承担国家“863计划”项目研发100nm高端光刻机。据悉，中电科四十五所当时将其从事分步投影光刻机团队整体迁至上海参与其中

2008年， 科技 部召开国家 科技 重大专项"极大规模集成电路制造装备及成套工艺"推进会，将EUV技术列为下一代光刻技术重点攻关的方向。中国企业也将EUV光刻机列为了集成电路制造领域的发展重点对象。

如今，国内从事光刻机及相关研究生产的除了上海微电子装备、合肥芯硕半导体、江苏影速集成电路装备以外，还有清华大学精密仪器系、中科院光电技术研究所、中电科四十五所等高校/科研单位。

在研发成果上，2016年，清华大学“光刻机双工件台系统样机研发”项目成功通过验收2016年，清华大学“光刻机双工件台系统样机研发”项目成功通过验收2018年，国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备”通过验收，也是世界上首台用紫外光源实现22nm分辨率的光刻机，意义在于用便宜的光源实现较高的分辨率，用于一些特殊制造场景。

可以看到，在光刻机的自主研发进程上，中国也取得了很大的进步。但相对来说比较缓慢，要想真正研发出高端光刻机，需保证多个学科和领域的技术水平达到或者超过世界先进水平，任何一环节落下都会影响产品的性能。

这是美国的精准打击，有本事查查这个馊点子是如何出笼？我觉得正是我们50年代人掌舵时缺乏几乎所有科学知识，被自己权力切割，连同40后与60后的纽带一同切掉，30后已失能，40后除做房地产的尖子，其余趋向失能，50后是鸿沟的分界，权力中心做自然科学的极少，人才都是做买卖的，买不到自然只有造，说造，得创新，虽然少，但不乏有能做光学化学电学，机电一体化的，光电的组织能力，基本都要退休能要吗？后来60，70都是40，50教的，他们都缺乏系统边缘渗透交融能力，天天喊隔行如隔山，各霸一方，搞这种综合高 科技 设备既缺乏专业精通，又少有隔行合作的气量，包括航空发动机也一样，他瞄准了不打这，那打什么？

高端光刻机难买是因为以美国为首的西方国家对中国进行严密的技术封锁，难造是因为光刻机是高 科技 的集成产品，在我国基础如此薄弱的情况下还能取得如此成绩本身就是一个奇迹，假以时日，光刻机也会象盾构机一样被攻克。

因为世界上的高端光刻机只有荷兰在生产，产量有限所以难买。光刻机融合了工业制造的几乎各个方面的高精技术所以也难造。

难买是别个不想让你超越自己！难造是因为之前有配套设施没把它当回事！接下来重视起来了就不难造了！

在中国大陆芯片代工制造领域，如果将中芯国际称为行业第一，那么华虹半导体可以排名第二。中芯国际与华虹半导体这两家芯片代工厂商，应该说是“中国大陆晶圆代工双巨头”。只不过，与颇受外人注目的中芯国际比较起来，华虹半导体的“存在感”确实要低一些。 作为中国大陆最大的特色工艺制程芯片代工厂，也是最大的功率器件代工厂，华虹半导体同样被业界视为一家具市场风向标的厂商。

华虹半导体是由华虹NEC与宏力半导体在2011年合并而来。华虹NEC成立于1997年，曾经主要是为NEC（日本电气）开发、制造及销售DRAM晶圆。2003年，华虹集团从NEC收回华虹NEC合资厂经营管理权，逐步停止 DRAM生产，并开始从事芯片代工制造业务。而上海宏力半导体于2000年底成立，主要从事计算机芯片、独立NOR闪存、eFlash、 汽车 发动机控制器等产品制造。2011年12月，华虹NEC与宏力半导体合并，2013年10月，集团完成重组，构成了如今的华虹半导体。

简单来说，华虹半导体聚焦于半导体特色工艺制程，主要工艺技术包括嵌入式非易失性存储器、逻辑及射频、分立器件、模拟及电源管理、独立非易失性存储器，广泛应用于电子消费品、通讯、计算机、工业及 汽车 市场。在实际应用中，处理器芯片和存储芯片遵循摩尔定律，需要用到先进制程工艺，但是射频、功率、传感器、模拟等器件则通过特色工艺制程进行生产。与先进逻辑制程工艺相比，特色工艺制程具备非尺寸依赖，工艺相对成熟，所需资本支出低，产品研发投入低等特点，同时产品生命周期也更长，种类更多。

1，华虹半导体交出了一份亮眼的半年报业绩，无锡厂表现出色

当前，全球芯片缺货涨价不断发酵，多家半导体大厂相继发布“创新高”的财务业绩。继中芯国际之后，华虹半导体也于8月12日交出了2021年上半年业绩。据公司发布财报显示，2021年上半，华虹半导体的营收达6.51亿美元，较2020年上半年增长52.0%；净利润7714万美元，较2020年上半年增长102.3%。其中，在2021年第一、第二季度，华虹的收入分别为3.05亿美元、3.46亿美元。同时，公司公布了2021年第三季度指引，预计收入约4.10亿美元左右，有望再次创造单个季度收入新高。营收和净利润双双高增长，华虹可谓是迎来了半导体行业的“高光时刻”。

目前，在上海金桥和张江，华虹半导体建有三座8英寸晶圆代工厂（上海一厂、二厂和三厂），总产能已达到18万片/月。其中，一厂和二厂的产能分别为6.5万片/月和6万片/月；三厂的产能为5.3万片/月，估计后续还能增加1~2万片/月的产能。值得补充的是，位于上海的一厂、二厂和三厂，由华虹半导体全资控股。一厂和二厂的工艺节点为1μm -95nm，主产智能卡、模拟器件、电源管理、功率器件和传感器等；三厂的工艺节点为0.25μm~90nm，主要产品包括微控制器、智能卡、消费电子产品和传感器等。至2021年第二季度，华虹半导体上海一厂、二厂和三厂的营收创出 历史 新高，为2.62亿美元，占该季度营收的75.7%。

华虹总裁兼执行董事唐均君表示："对于三条8英寸生产线来说，本季度也是有史以来最好的一个季度。8英寸平台营业收入创下2.62亿美元的 历史 最高。得益于平均销售价格的提高和生产线效能提升，8英寸毛利率从2021年第一季度的27.3%提高到31.6%。贡献净利润5130万美元，占总收入的19.6%。我们将把握机遇，继续做优8英寸生产线的工艺平台，8英寸生产线效益前景仍然看好。"

此外，华虹半导体还在无锡设有一座12英寸晶圆代工厂，工艺节点90nm及以下，当前主要产品为闪存、功率器件和CIS图像传感器等。公开信息显示，无锡厂由华虹半导体、国家集成电路产业基金、无锡地方政府设立的投资公司三方共同投资建设，华虹半导体目前合计持股51%。而华虹无锡基地总投资达100亿美元，占地约700亩。

截至2021年5月时，华虹无锡12英寸厂的产能已达4.8万片/月，预计2021年底可望扩充至6.5万片/月。 东方证券在近期的一份报告中认为，无锡厂在2022年中有望扩产至8万片/月左右，成为中国大陆地区领先的12英寸特色工艺生产线，也是中国大陆地区第一条12英寸功率器件代工生产线。东方证券称，如果按照12英寸片平均销售价格（ASP）1000~1200美元计算，那么当华虹无锡的产能达8万片/月后，可贡献9.6~11.5亿美元收入。从业务体量上而言，相当于再造一个华虹。报告还提到，在未来，当无锡基地项目完全建成后，华虹在无锡可望拥有三条12英寸生产线，总产能可能高达20万片/月。 而华虹无锡厂的产能迅速爬升，同样显见于公司此次发布的财报。2021年第二季度，华虹无锡七厂在营收中贡献占比24.3%。而2020年第二季度，该数字仅为4.2%。

在此次业绩说明会上，唐均君称："华虹无锡12英寸生产线第二季度营收达到8400万美元，同比增长786.8%，环比增加54.0%，息税折摊前利润2990万美元，较上季度增长208.3%。截至今年5月份，12英寸生产线月产能已达到4.8万片，产能利用满载。我们将稳步实现于今年年底达到6.5万片的月生产能力。公司还将继续加大投入，进一步扩大产能，不断优化工艺布局，与产业链一起发展壮大。"

“无锡厂爬产非常快，大部分增长都是来自无锡。”唐均君表示，华虹无锡12英寸晶圆厂和上海三家8英寸晶圆厂的ASP均有所提升，并且预计ASP将继续提升。“每个季度8英寸和12英寸晶圆厂的ASP都会有3~5%的提升，有望每年带来超10%的ASP增长，且还会持续增加。”也正因此，华虹表示持续看好2021年第三季度业绩，预估收入可达4.10亿美元左右，毛利率将介于25~27%。

值得一提的是，此前中芯国际联席CEO赵海军也表示，因产能扩建以及交货速度慢，供不应求的状况至少将持续到年底或者2022年上半年，并预告2021年第三、第四季度的价格仍可能继续往上走。华虹此次在业绩说明会上，唐均君同样表示，2021年下半年单价每季预计将增长3~5%，8英寸和12英寸单价情况保持乐观。在此之前，包括三星电子、联电在内的芯片代工厂商也已预告2021年下半年涨价的动作，业界预期接下来的第三季度晶圆代工价格有望进一步提升。

2，产能扩产加速，设备更需先行，华虹称愿意支持并导入国产半导体设备

芯片厂代工的价格季季涨，是因为整个半导体市场供需失衡不断发酵。据市场分析机构海纳国际集团最新数据显示，2021年7月芯片交货期较前一个月增加了8天以上，达到20.2周，是公司自2017年开始跟踪该数据以来最长的等待时间。 若以此来看，全球芯片短缺问题正在持续恶化。

因而，各家晶圆代工厂纷纷下场抛出产能扩充计划。全球第一大芯片代工厂台积电已经宣布，公司未来三年投入1000亿美元，今年资本开支提升至300亿美元；联电公布35.8亿美元投资案，扩充南科12英寸厂；三星将在2030年前增加对System LSI和Foundry业务领域的投资，投资总额扩大至约1516亿美元；英特尔宣布多项扩产项目，计划在美国亚利桑那州投资约200亿美元新建两座晶圆厂；中芯国际计划，今年12英寸产线的月产能扩产1万片，8英寸产线的月产能扩产不少于4.5万片；安世半导体称未来12~15个月内投资7亿美元，扩大欧洲和亚洲产能；格芯宣布在新加坡园区建设新晶圆厂，扩大全球制造规模。

而华虹也于本次业绩说明会上也已透露，无锡12英寸晶圆厂在今年底达成6.5万片的月产能目标后，下一步的规划是将整个一期的清洁室填满，月产能达到9~9.5万片，预计在明年年底进行设备导入。 “这部分产能一旦形成，产能利用率将很快填满。” 唐均君还称，华虹在无锡有一大块土地，可能会在无锡建造三家类似的晶圆厂，如果需求持续会继续扩建厂房。唐均君表示，无锡12英寸厂在2022年一季度和二季度产能将比今年有两位数增长，不过扩产进程还要受到半导体设备影响，“目前市场上扩产项目很多，设备交期较长，扩产进度主要是设备交期问题，如果设备交期短一点，扩产进度会更快一些。”

事实上，在各大晶圆厂来势汹汹的扩产动作下，作为扩产计划中最大一笔支出，半导体设备俨然成为了“香饽饽”，众厂追抢，但跟随整个产业链缺货脚步，上游设备厂商同样陷入缺料困境。 举例来说，全球芯片检测设备龙头爱德万（Advantest）测试设备所需的芯片采购愈发困难，平常设备交期为3~4个月，现在已延长至约6个月时间。此前国内半导体设备商芯源微也公告，公司“高端晶圆处理设备研发中心项目”所需的部分进口设备和材料无法正常、及时供应，该项目的设备采购以及安装调试工作有所延缓，研发项目开展情况不及预期，公司拟将该项目达到预定可使用状态时间调整至2022年3月31日。 再则，上游材料也同样告急。 例如，此前市场消息称，由于KrF光刻胶产能受限以及全球晶圆厂积极扩产等，占据全球光刻胶市场份额超两成的日本供应商信越化学已经向国内多家一线晶圆厂限制供货KrF光刻胶，且已通知更小规模晶圆厂停止供货KrF光刻胶。

（我为 科技 狂整理）

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