很多人都說光刻機(jī)的制造難度超越了原子彈，這絕不是夸張的。

荷蘭ASML 生產(chǎn)的EUV光刻機(jī)

光刻機(jī)是干什么用的？—制造芯片的設(shè)備；

光刻機(jī)的原理是什么呢？—簡單的來說就是沖洗照片，不同的是洗照片是把底片放大，光刻機(jī)是把底片縮小；

洗個照片為什么這么難呢？

舉個例子：

• 在A4紙上畫電路圖，你會覺得簡單；
• 在郵票上畫，你會覺得困難；
• 在大米粒上雕刻呢？你覺得難上加難；
• 如果把這粒米固定在汽車擋風(fēng)玻璃上，你在另一輛汽車上雕刻，而且兩輛車的車速不能低于100邁，你有什么感覺呢？是不是崩潰了？

這就是光刻機(jī)的難度，而且僅僅是一部分。我們一起來看看光刻機(jī)的制造瓶頸有哪些吧！

首先來介紹一下光刻機(jī)

光刻機(jī)又名曝光機(jī)，是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的關(guān)鍵設(shè)備，將電路結(jié)構(gòu)臨時"復(fù)制"到涂有光刻膠硅片上的過程，制造和維護(hù)需要高度的光學(xué)和精密制造技術(shù)。高端光刻機(jī)被稱為“現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)之花”，制造難度很大，全世界只有少數(shù)幾家公司能制造。

很多媒體都說：如果半導(dǎo)體是人類工業(yè)史上的一頂皇冠，那么光刻機(jī)就是這頂皇冠上的明珠。

對于這種夸張的描述，不做否認(rèn)。但是并不是所有的光刻機(jī)都是皇冠上的明珠。

光刻機(jī)根據(jù)應(yīng)用范圍分為：前道光刻機(jī)、后道光刻機(jī)、LED光刻機(jī)、面板光刻機(jī)。通常情況下我們把面板光刻機(jī)叫做曝光機(jī)。

應(yīng)用在LED產(chǎn)品上的光刻機(jī)不需要太高的精密度，價格也比較低，通常不足上千萬。這類的光刻機(jī)絕稱不上是皇冠上的明珠。

只有ASML制造的EUV光刻機(jī)，才稱得上是皇冠上的明珠。

目前前道光刻機(jī)市場主要有三家：ASML、尼康、佳能。工藝上，ASML>尼康>佳能。

目前主流手機(jī)芯片，高通驍龍、蘋果A系列、聯(lián)發(fā)科天璣、華為麒麟芯片，已經(jīng)進(jìn)入7nm、5nm時代了，而能夠達(dá)到這個工藝的的光刻機(jī)只有ASML的EUV光刻機(jī)。

日本尼康最先進(jìn)的DUV光刻機(jī)分辨率可以低于38nm，可用于制造工藝制程不超過7nm的芯片。而佳能的工藝水平還不如尼康。因此，臺積電、三星、英特爾等大廠只能向ASML下訂單了。

2020年全球光刻機(jī)銷量為413臺，其中ASML銷量為258臺，占比62%；佳能銷量為122臺，占比為30%；尼康銷量為33臺，占比為8%。可以看出ASML有非常大的優(yōu)勢。

再看銷售額，ASML占比為91%，尼康占比為6%，佳能占比為3%。ASML處于絕對優(yōu)勢。

也就是說日本兩家公司合起來也不到全球10%份額，差距太遠(yuǎn)了。

全球光刻機(jī)市場也就130億美元，ASML僅EUV光刻機(jī)就賣了53億美元。

總之，高端光刻機(jī)已經(jīng)被ASML所壟斷，ASML已經(jīng)是碾壓般的存在了，擁有絕對的市場領(lǐng)導(dǎo)地位。

技術(shù)及零部件瓶頸

EUV光刻機(jī)核心技術(shù)集中在四大領(lǐng)域：光源、鏡頭、工作臺、安裝調(diào)試。

光源：

極紫外光系統(tǒng)來自于美國公司Cymer，一種波長極短的極紫外光，技術(shù)要求非常嚴(yán)格。

EUV光源是高能二氧化碳激光打在只有30微米一滴一滴的金屬錫滴上產(chǎn)生的等離子體。從而產(chǎn)生的一種波長極短（13nm）的極紫外光。

當(dāng)極紫外光穿透物體時，會產(chǎn)生很大的散射吸收效果，最終能效僅剩下0.2%，因此必須配置非常強(qiáng)大的光源系統(tǒng)。

由于空氣也能吸收極紫外光，所以機(jī)器內(nèi)部整個光路都做成真空的。即使這樣，到達(dá)光刻膠時光能量損失已經(jīng)超過95%甚至更多。

正是由于極紫外光極難產(chǎn)生，而應(yīng)用在光刻機(jī)上又損失超過了95%，導(dǎo)致能效轉(zhuǎn)換率僅為0.2%，這樣的技術(shù)瓶頸導(dǎo)致EUV光刻機(jī)每年產(chǎn)量非常少。

鏡頭：

高精度鏡頭采用蔡司技術(shù)，蔡司是德國歷史悠久的光學(xué)儀器廠商，其產(chǎn)品向來是“高貴”的代名詞。雖然已有百年歷史，但蔡司仍然是與昂貴和高質(zhì)量的光學(xué)鏡頭聯(lián)系在一起的。蔡司鏡頭通常被認(rèn)為是一流的、設(shè)計優(yōu)良的，是能產(chǎn)生高畫質(zhì)圖像的。

同樣的一個鏡片，不同工人打磨，光潔度相差十倍。鏡片材質(zhì)均勻，更需要幾十年甚至上百年的技術(shù)沉淀。

EUV光刻機(jī)采用的鏡頭要求：

集中度要求：拿個手電照到月球光斑不超過一枚硬幣大小；

平整度要求：長30cm起伏不到0.3nm，這相當(dāng)于是北京到上海做根鐵軌起伏不超過1毫米。

為什么對鏡頭的要求如此苛刻呢？因為一片鏡頭產(chǎn)生的誤差也許影響不大，但是幾十片、幾百片鏡頭累計的誤差將會產(chǎn)生巨大的誤差，完全能夠決定芯片是否合格。

據(jù)相關(guān)資料顯示，193nm的最新光刻機(jī)里鏡頭加起來就有一噸重，那么5nm工藝的光刻機(jī)呢？鏡頭會更多，要求也會更高。

因此這些鏡頭只能交給蔡司生產(chǎn)，幾十層硅鉬等復(fù)合材料組成，每層只有幾納米厚，目的是剛好根據(jù)EUV的波長疊加反射最多的光。

而這些鏡頭的打磨也絕非容易的事，很多都是干了幾十年的老工人，有的甚至是子承父業(yè)，全家?guī)状硕荚谝粋€崗位上。

對于鏡頭的嚴(yán)苛，導(dǎo)致了EUV光刻機(jī)也無法大規(guī)模生產(chǎn)。

工作臺：

精密工作臺，工作臺要求：絕對穩(wěn)定的工作環(huán)境，芯片的曝光必須在真空中，并且采取恒溫技術(shù)，工作室的空氣要比外界干凈1萬倍，工作臺高速運(yùn)動期間，系統(tǒng)不能振動。而光刻機(jī)要多的事情，就好比在真空、恒溫、無塵、高速運(yùn)動的環(huán)境中，在一粒米上雕刻清明上河圖，機(jī)械動作誤差為皮秒（百萬分之一秒），這些基本都是挑戰(zhàn)人類極限的工作。

安裝難度：

單臺EUV設(shè)備里超過十萬個零件、4萬個螺栓，以及3000多條線路。僅僅軟管加起來，就有兩公里長，這么一臺龐大的設(shè)備，重量足足有180噸。安裝調(diào)試就需要幾個月。

沒有專業(yè)的團(tuán)隊，沒有系統(tǒng)的培訓(xùn)，根本無法完成安裝調(diào)試。

而EUV光刻機(jī)在制造芯片時候，如果工作室恰好在地鐵上方，而此時又恰好有一輛地鐵通過，那么很大概率上，這批芯片費(fèi)了。

因為光源、鏡頭、工作臺、工作環(huán)境、安裝調(diào)試的苛刻，導(dǎo)致EUV光刻機(jī)每年僅能生產(chǎn)十幾臺，而這十幾臺也被臺積電、三星、英特爾瓜分完畢。

日本壟斷了光刻機(jī)所需的化學(xué)材料

除了光刻機(jī)這樣的關(guān)鍵設(shè)備，材料的重要性同樣不容忽視。

光刻膠：又稱光致抗蝕劑，具有耐蝕刻的性能，當(dāng)通過紫外光、電子束、X射線等的照射時，溶解度發(fā)生變化。

光刻膠通常由感光樹脂、增感劑和溶劑組，常用于芯片制造，半導(dǎo)體加工領(lǐng)域。

在集成電路制造工藝中，光刻工藝的成本占比高達(dá)35%，耗費(fèi)的時間占比達(dá)到40%-60%。由此可見，無論是光刻機(jī)還是光刻膠，都會對技術(shù)有非常高的要求。這也導(dǎo)致，光刻膠具備市場集中度高、客戶壁壘高以及技術(shù)壁壘高的特點(diǎn)。

然而就像光刻膠這類高科技材料，也被國外企業(yè)把控著，例如：日本的東京應(yīng)化、信越化學(xué)等。

這些企業(yè)在半導(dǎo)體光刻膠細(xì)分領(lǐng)域的總份額高達(dá)85%。而中國在這方面幾乎沒有話語權(quán)。

更為恐怖的是，制造半導(dǎo)體需要19種必須材料，而且缺一不可，每一種材料都有行業(yè)壁壘，而這個壁壘就是日本企業(yè)—信越化學(xué)。

信越化學(xué)1926年誕生于日本，是高科技材料的超級供應(yīng)商，其半導(dǎo)體硅、聚氯乙烯等原材料的供應(yīng)在全球首屈一指。目前信越集團(tuán)制造的高性能有機(jī)硅產(chǎn)品多達(dá) 4000 多種，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電子、電氣、汽車制造、機(jī)械制造、化工、紡織、食品工業(yè)以及建筑工程領(lǐng)域。

全球70%的半導(dǎo)體硅材料由信越化學(xué)提供。更重要的是半導(dǎo)體所需的19種必需材料，日本掌控了14種。如：硅晶圓、合成半導(dǎo)體晶圓、光罩、光刻膠、藥液、靶材料、保護(hù)涂膜、引線架、陶瓷板、塑料板、 TAB、 COF、焊線、封裝材料等14種重要材料方面均占有50%及以上的份額。

可以說日本半導(dǎo)體材料行業(yè)在全球范圍內(nèi)長期保持著絕對優(yōu)勢，而沒有這些材料，芯片是無法生產(chǎn)制造的。

政策難度

ASML每年制造的光刻機(jī)有一半賣給了臺積電，剩下的一半被三星和英特爾瓜分。其他公司根本就買不到。

很多網(wǎng)友不解，我們多加點(diǎn)錢不就可以買到了嗎？其實情況遠(yuǎn)非如此簡單。

早期阿斯麥進(jìn)軍光刻機(jī)領(lǐng)域時候，只是一個名不見經(jīng)傳的小企業(yè)，根本無法與日本的尼康相提并論，該公司資金一度匱乏，瀕臨破產(chǎn)之際，其客戶臺積電、三星、英特爾向其注資，并提供技術(shù)支持，最終在阿斯麥脫穎而出，成為光刻機(jī)龍頭。

但是，天下哪有免費(fèi)的午餐呢？阿斯麥簽署了相關(guān)協(xié)議，優(yōu)先向公司股東提供最尖端的設(shè)備，而這些股東之中就包括臺積電、三星、英特爾。因此，每年阿斯麥的EUV光刻機(jī)有一半被臺積電買走，其余的被三星和英特爾買走。

這種大股東優(yōu)先購買權(quán)，就造成了先進(jìn)工藝?yán)卫握莆赵谂_積電、三星、英特爾這類企業(yè)手中，其他公司無法與其爭奪市場。

1996 年的《瓦森納協(xié)定》

瓦森納協(xié)定是西方國家為了技術(shù)封鎖簽署的一份文件，其主要目的就是為了監(jiān)督和控制常規(guī)武器和先進(jìn)材料、設(shè)備及技術(shù)轉(zhuǎn)讓。

該協(xié)定包括有美國、日本、英國、俄羅斯等42個成員國，其中33個國家于1996年7月在奧地利維也納簽署了《瓦森納協(xié)定》，隨后9個成員國也加入了該協(xié)定。

瓦森納協(xié)定包含兩份清單，一份是軍用，涵蓋了各類武器彈藥、設(shè)備及作戰(zhàn)平臺等共22類；

另一份為軍民兩用：涵蓋了先進(jìn)材料、材料處理、電子器件、計算機(jī)、電信與信息安全、傳感與激光、導(dǎo)航與航空電子儀器、船舶與海事設(shè)備、推進(jìn)系統(tǒng)等9大類；

中國不是《瓦森納協(xié)定》成員國，因此在被禁運(yùn)國家之列。

也就是說根據(jù)這份協(xié)定，光刻機(jī)上的核心技術(shù)是不能夠出售給中國的，當(dāng)然成品和配件也是禁止的。

我國的光刻機(jī)處于什么技術(shù)水平，能否突破制造瓶頸呢？

我國的光刻機(jī)生產(chǎn)企業(yè)是上海微電子，工藝制程為90nm，僅能用于低端芯片的制造。在國內(nèi)低端芯片市場份額超過80%，也有部分銷往國外。

如果把光刻機(jī)劃分為三個檔次的話，上海微電子排在末尾：

• 荷蘭ASML壟斷了高端光刻機(jī)市場，代表作：EUV光刻機(jī)；
• 日本尼康和佳能占據(jù)了中端光刻機(jī)市場，止步于28nm；
• 上海微電子只能占據(jù)低端光刻機(jī)市場，90nm光刻機(jī)。

90nm與5nm技術(shù)相差5代，這5代需要20年的技術(shù)積累。在美國對技術(shù)和零部件的封鎖下，難度更大。

ASML的EUV光刻機(jī)研發(fā)了20多年，荷蘭、美國、日本、德國等幾十個國家，上百所研究單位在無數(shù)個日日夜夜，無數(shù)次失敗之后才研發(fā)成功的。

可以說EUV光刻機(jī)集成了世界頂級技術(shù)。為我國卻要憑一己之力完成，可想而知這是多么大的難度。

ASML高管就曾經(jīng)說過：“即使他們公開EUV光刻機(jī)的圖紙，現(xiàn)在也沒有哪家公司能夠山寨”。那么真的如此嗎？

從光源、鏡頭、軸承等多個配件研究分析得出，EUV光刻機(jī)需要的科學(xué)技術(shù)包括：高分子物力與化學(xué)、表面物理與化學(xué)、光學(xué)、軟件、數(shù)學(xué)、自動化、流體力學(xué)、機(jī)械、精密儀器、圖像識別等。

首先人才，我們目前根本就沒有這么多的人才儲備，而培養(yǎng)人才少則10年，多則幾十年。

有了人才，還要突破專利限制，這條路會更難走。當(dāng)年制造原子彈的時候，還有蘇聯(lián)幫忙提供基礎(chǔ)工業(yè)，又有錢學(xué)森、錢三強(qiáng)、鄧稼先等科學(xué)家。

現(xiàn)在呢？除了99歲高齡的楊振寧，還有哪位科學(xué)家能超過這三位呢？

當(dāng)然，我們也不要?dú)怵H，畢竟這幾年我國在該領(lǐng)域還是有些成果的：

• 2018年8月份，清華大學(xué)研發(fā)出了雙工作臺光刻機(jī)，這使得我國成為全球第二個具備開發(fā)雙工作臺光刻機(jī)的國家；
• 2018年11月，中科院光電究所研制出“超分辨光刻裝備”，該裝備采用365nm波長的紫外光單次成像，實現(xiàn)了22納米的分辨率，結(jié)合雙重曝光技術(shù)后，未來還有可能用于制造10nm級別的芯片；
• 2019年4月，武漢光電研究中心采用二束激光在自主研發(fā)的光刻膠上突破了光束衍射極限，成功刻出9nm線寬的線段，實現(xiàn)了從超分辨成像到超衍射極限光刻制造的重大創(chuàng)新。

盡管路漫漫而修遠(yuǎn)，但是只要有決心有信心，在不斷的創(chuàng)新努力下，我國定能夠攻克高端光刻機(jī)。

問答總結(jié)

光刻機(jī)的制造瓶頸在于：極紫外光源、高精度鏡頭、精密設(shè)備的安裝調(diào)試、化學(xué)材料。每一種技術(shù)都需要幾年、甚至幾十年的努力才能突破。

這些技術(shù)是集合全球頂尖企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、高校才達(dá)到的高度，如今卻需要中國憑一己之力突破。這困難可想而知。

中國在光刻機(jī)領(lǐng)域的路還很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)，我們除了努力，別無選擇，加油吧！我偉大的祖國！

我是科技銘程，以上是我的回答，希望可以幫到您，如有不妥之處，敬請批評指正！

    光刻機(jī)的技術(shù)難度在于“技術(shù)封鎖”，一臺頂級的光刻機(jī)關(guān)鍵設(shè)備來自于西方發(fā)達(dá)國家，美國的光柵、德國的鏡頭、瑞典的軸承、法國的閥件等，這些頂級零件對中國是禁運(yùn)的。所以，ASML曾說“即便給你們?nèi)讏D紙，你們也造不出來”。

    光刻機(jī)是“人類智慧集大成”的產(chǎn)物

    環(huán)顧全球，最先進(jìn)的7nm EUV光刻機(jī)只有荷蘭的ASML（阿斯麥）能夠生產(chǎn)，超過90%的零件向外采購，整個設(shè)備的不同部位同時獲得了全世界最先進(jìn)的技術(shù)，因此可以在日新月異的芯片制造業(yè)取得競爭優(yōu)勢。

    最頂尖的光刻機(jī)集合了很多國家的技術(shù)支持，是多個國家共同努力的結(jié)果，德國為ASML提供了核心光學(xué)配件支持，美國為ASML提供光源支持及計量設(shè)備的支持，ASML要做的就是做到精確控制。7nm EUV光刻機(jī)包含了5萬多個零件，13個系統(tǒng)，誤差分散到13個分系統(tǒng)中，德國的蔡司光學(xué)設(shè)備不精準(zhǔn)，美國的Cymer光源不精，都可能造成很大的誤差。

    與德國、瑞典、美國等一些西方國家相比，我國的芯片制造以及超級精密的機(jī)械制造方面不具備什么優(yōu)勢，沒有超級精密的儀器，自然就很難造出頂級的設(shè)備，無法造成頂級的芯片。最關(guān)鍵的是，這些超級精密的儀器根據(jù)《瓦森納協(xié)定》對中國是禁運(yùn)的。

    國產(chǎn)光刻機(jī)的“差距”

    目前國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的光刻機(jī)研制廠家是上海微電子裝備有限公司（SMEE），可以穩(wěn)定生產(chǎn)90nm制造工藝的光刻機(jī)，相比ASML的7nm制程差距還是比較大的，國內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口。同樣正是SMEE推出90nm制程的光刻機(jī)后，ASML對中芯國際的7nm光刻機(jī)訂單放行，其中的奧妙大家不難想象。

    既然國產(chǎn)光刻機(jī)與國外差距那么大，可以通過購買的方式解決嗎？答案是很難，有錢買不到。

    原因1：只有投資了ASML的，才能獲得優(yōu)先供貨權(quán)，而英特爾、三星、臺積電擁有ASML很大的股份。ASML的高端光刻機(jī)產(chǎn)量有限，2018年18臺，2019年30臺，其中臺積電獲得了18臺，我國的中芯國際1臺。

    原因2：《瓦森納協(xié)定》的限制，瓦森納協(xié)定有33個成員國，中國不再其列，主要目的是阻止關(guān)鍵技術(shù)和遠(yuǎn)見流失到成員國之外，在半導(dǎo)體領(lǐng)域，受限于該協(xié)定，在芯片制造、封裝、設(shè)計等方面，我國一直無法獲得國外最新的科技。

如果覺得對你有幫助，可以多多點(diǎn)贊哦，也可以隨手點(diǎn)個關(guān)注哦，謝謝。

制造光刻機(jī)最大的瓶頸只有三個“光源+鏡頭+掩膜臺”，搞定了這三個瓶頸之后，剩余的小瓶頸就靠精加工實力了。由此可知，光刻機(jī)的研發(fā)涉及的領(lǐng)域太多太多了，基本上就是精加工，也只有強(qiáng)大的工業(yè)化國家才具有生產(chǎn)制造先進(jìn)光刻機(jī)部件的能力。

光刻機(jī)的研制難點(diǎn)之一:光源

與早已面世的DUV光刻機(jī)的Arf準(zhǔn)分子光源不同。EUV光刻機(jī)的光源是波長為13.5納米的EUV光源。該光源必須具有“功率大，控制精準(zhǔn)”的特點(diǎn)。就以Cymer公司為ASML研發(fā)的極紫外光源為例，該光源波長為13.5納米，經(jīng)過收集后的功率為250W。該光源產(chǎn)生的二氧化碳激光必須要精準(zhǔn)的打擊到由發(fā)射裝置發(fā)射出每秒高達(dá)5萬滴的純錫滴靶上面。另外，每一滴錫滴靶的直徑為30微米，錫滴被蒸發(fā)后還不能污染反光鏡。由于EUV光源的波長極短，在大氣中也能夠被吸收，所以光所走的路徑要被制造成真空的。所以說，EUV光源的難點(diǎn)就在于大功率和精準(zhǔn)控制上。

光刻機(jī)的研發(fā)難點(diǎn)之二:鏡頭

由于EUV的光源太短，除了會被空氣吸收之外，還會被玻璃吸收。這也是EUV光刻機(jī)不能使用玻璃透鏡，而必須使用反光鏡的根本原因。前面也說了，玻璃會吸收EUV光波，所以反光鏡的鏡面不能使用玻璃，而用的是鉬和硅制成的特殊膜鍍到反光鏡鏡面上才有效果。另外普通的鏡面也達(dá)不到反射所有光波的效果，這里就用到布拉格反射器了。還有就是，要求反光鏡的鏡面凸起幅度不能超過0.3納米，而鏡面的直徑為30 厘米。這種難度可以想象以下，基本上就相當(dāng)于京滬線的軌道起伏不超過1毫米，所以對光學(xué)加工技術(shù)要求極高，世界上能夠制造出這樣鏡頭的國家太少太少了。雖然，布拉格反射器的反射效率極高，但是美經(jīng)過一次反射，都要損失十分之三的能量，而ASML的光刻機(jī)中有11個反光鏡，也就是說光源要經(jīng)過11次反射才能到達(dá)晶圓。這其中損失的能量可就不小了，最終基本就剩余2%的光線了。這也是對光源導(dǎo)彈功率要求較大的原因之一。

光刻機(jī)的研發(fā)難點(diǎn)之三:掩膜臺

掩膜臺的作用就是就是承載掩膜版運(yùn)動的部件，它的運(yùn)動精度是納米級別的。基本上掩膜臺的運(yùn)動人眼根本就看不出來，畢竟是納米級別的。要用什么樣的控制設(shè)備才能使掩膜臺的運(yùn)動為在納米級別是一個難題。所以說，最終又回到精加工領(lǐng)域了。

光刻機(jī)中比較重要的除了光源，鏡頭，掩膜臺之外，還有就是雙工件臺了，一個工件臺用于制造芯片，另一個則用來測量，為下一個晶圓做基礎(chǔ)。其他就是軸承之類對加工精度要求極高的部件了。總而言之，光刻機(jī)是集世界技術(shù)和精加工于一體的設(shè)備，制造難度極大。

答：光刻機(jī)作為晶圓加工的關(guān)鍵設(shè)備，其核心技術(shù)一直被國外壟斷，荷蘭的ASML掌握著這個行業(yè)的尖端市場，ASML的EUV已經(jīng)達(dá)到10nm，我國中芯國際自主研發(fā)的光刻機(jī)還在90nm，所以差距還是很大的。

其瓶頸有以下幾點(diǎn)總結(jié)：

瓶頸一：技術(shù)人才的欠缺

這也是最關(guān)鍵的一環(huán)，錢能解決的問題都不是問題，問題是這一環(huán)不是錢能解決的。

在上世紀(jì)末，集成電路技術(shù)剛起步，我國的起步還不錯，至少沒有落后太多；但是三十四年過去了，國外已經(jīng)積累了大量的技術(shù)經(jīng)驗和人才儲備，但是我們國家在這方面卻落后了很多。

其中原因是多方面，該領(lǐng)域人才的重視程度、國家的扶持，國內(nèi)環(huán)境等等。

當(dāng)然，目前國家已經(jīng)注視這個行業(yè)的重要性，不過人才的積累真不是幾年就能起來的，比如外國的專家就成說過：就算給我們?nèi)椎膱D紙，我們也制造不出來。

瓶頸二：相關(guān)行業(yè)的技術(shù)

光刻機(jī)是一個極為復(fù)雜的設(shè)備，其中數(shù)萬個機(jī)械零件都需要尖端技術(shù)，比如：鏡頭。

這是光刻機(jī)的關(guān)鍵零件之一，ASML的鏡頭來自德國蔡司，了解鏡頭領(lǐng)域的人，應(yīng)該清楚蔡司的鏡頭制作水平。

而我們國家在這方面落后很多，目前為止，國內(nèi)也沒有一家鏡頭生產(chǎn)公司，能匹敵佳能、尼康和蔡司。

上海微電子的總經(jīng)理說過，他在德國看到的拋光工人，其祖孫三代都是負(fù)責(zé)這個工序，同一個鏡片，換成其他工人來打磨，其精度會相差非常大。

所以，光刻機(jī)的生產(chǎn)，不止關(guān)系著一個領(lǐng)域的資源，而是考驗各個產(chǎn)業(yè)的綜合能力。

瓶頸三：源源不斷的資金

雖然說不是錢能解決的，但是這是一個燒錢的行業(yè)，我們現(xiàn)在連錢都是問題。

首先，光刻機(jī)的研發(fā)是天文數(shù)字，每年數(shù)以百億的資金投入，如果沒有強(qiáng)大的資金貯備和產(chǎn)品收益，是很難維持研發(fā)的。

ASML受《瓦森納協(xié)定》的控制，對中國的光刻機(jī)實行限制性封鎖，什么意思？

比如中國一但在該領(lǐng)域有了進(jìn)展，ASML就對中國解禁一層，你研制出90nm的光刻機(jī)，那么我開放75nm，你研制出50nm，我就開放35nm。

就這樣一步一步打壓著中國，使得中國在技術(shù)上取得的進(jìn)步，無法在市場上產(chǎn)生效益，從而打擊中國企業(yè)研發(fā)的積極性。

這時候，除非有強(qiáng)大的企業(yè)甚至國家的資金扶持，不然根本承受不起國外的打壓，說白了就是需要源源不斷的資金投入，而且還是看不到效益的投入。

以上三個方面，都是光刻機(jī)制造的瓶頸，中國的研發(fā)需要不忘初心，堅持自主道路，加大國家扶持，打破外國技術(shù)封鎖，才能脫離困境。

好啦！我的答案就到這里，喜歡我們答案的讀者朋友，記得點(diǎn)擊關(guān)注我們——艾伯史密斯！

半導(dǎo)體芯片制造是一個巨大的產(chǎn)業(yè)鏈，而光刻機(jī)是其中的一環(huán)，也是技術(shù)難度極高的一環(huán)，世界上只有荷蘭的ASML公司掌握這最先進(jìn)的光刻機(jī)。

對于芯片，中國現(xiàn)在已經(jīng)有很多公司有能力設(shè)計芯片，最新的龍芯3A也達(dá)到了一個不錯的性能，已經(jīng)使用到了很多領(lǐng)域，但是在關(guān)鍵的大芯片制造上，中國仍然很薄弱，中芯國際等芯片制造廠工藝還很落后，其中非常關(guān)鍵的一點(diǎn)就是沒有優(yōu)秀的國產(chǎn)光刻機(jī)。

如今荷蘭ASML公司掌握著最先進(jìn)的10nm甚至更好的光刻機(jī)，其最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)能賣到一億美元以上，但是國內(nèi)的光刻機(jī)技術(shù)水平仍然還在90nm上，差距巨大。

這條追趕的道路非常漫長，大體談一下中國自己的先進(jìn)光刻機(jī)面臨哪些困難：

1、先進(jìn)光刻機(jī)的技術(shù)封鎖。由于《瓦森納協(xié)定》受到美國的控制，中國不在其中，荷蘭的先進(jìn)光刻機(jī)就無法對中國進(jìn)行出口，中國有錢也買不來，即使買來也是很多年前淘汰的老舊設(shè)備，這樣國內(nèi)就無法從源頭上掌握到最先進(jìn)的光刻技術(shù)。

2、高端人才的稀缺。光刻領(lǐng)域本來就屬于極其小眾的高端技術(shù)領(lǐng)域，因為長期缺乏光刻設(shè)備，這樣的人才和專業(yè)也就更加稀缺，即使有朝一日買來了先進(jìn)的光刻機(jī)，有多少人能熟練掌握也是一大難題。

3、極紫外光刻光學(xué)技術(shù)代表了當(dāng)前應(yīng)用光學(xué)發(fā)展最高水平，國內(nèi)這幾年也在發(fā)力突破這些技術(shù)難題，打破國外的壟斷，但是發(fā)展自主光刻技術(shù)技術(shù)難度大、瓶頸多，所需資金巨大，很長一段時間也將會沒有任何收益，智能依靠國家支持，能否長期堅持下來是個未知數(shù)。

4、現(xiàn)在的荷蘭的ASML公司壟斷了80%以上的光刻機(jī)市場，即使中國自主的光刻機(jī)上市，能否從ASML手中搶到一定市場份額是一個極大的壓力。

所以如今的中國在光刻領(lǐng)域仍然有許多大山擋在面前，但是我們也要看到在電子科技領(lǐng)域，如柔性屏、如手機(jī)芯片、如內(nèi)存和閃存顆粒，中國都是從無到有，一步一步走過來了，而且這些新產(chǎn)品未來的潛力巨大，很可能將會從三星等巨頭中搶得不錯的市場份額，盡管芯片制造領(lǐng)域我們困難重重，盡管在芯片產(chǎn)業(yè)鏈中我們不能指望所有的環(huán)節(jié)都能完全自主，但是我們也有足夠信心打破壟斷，有朝一日研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高端光刻機(jī)。

巨大的資金，專業(yè)的人才，高精尖的技術(shù)，都奇缺無比，中國光刻機(jī)的水平真是連人家的尾氣都吃不到。我們從錢、人、技術(shù)三個方面都說一下。

拿到圖紙也生產(chǎn)不出來的技術(shù)差距

一臺先進(jìn)的光刻機(jī)能有5萬多個零件，設(shè)計生產(chǎn)并不容易，光刻機(jī)的原理并不難，看下圖就知道了，難點(diǎn)是里面的每一步都要求最先進(jìn)的工藝和零件。

光源和鏡片都是很核心的東西，光源提供者Cymer是世界領(lǐng)先的準(zhǔn)分子激光源提供商，現(xiàn)在被ASML收購了。光源很復(fù)雜，說一下大家熟悉一些的鏡片，ASML的鏡片是蔡司提供的，這個反射鏡要求多高呢？瑕疵大小僅能以皮米（納米的千分之一）計。ASML總裁暨CEO溫彼得（Peter Wennink）曾經(jīng)形象的表示，如果反射鏡面積有整個德國大，最高的突起處不能高于一公分高。這樣的工藝，佳能和尼康都放棄了。

有頂級的鏡頭和光源，沒極致的機(jī)械精度，也是白搭。光刻機(jī)里有兩個同步運(yùn)動的工件臺，一個載底片，一個載膠片。兩者需始終同步，誤差在2納米以下。兩個工作臺由靜到動，加速度跟導(dǎo)彈發(fā)射差不多。SMEE(中國生產(chǎn)光刻機(jī)的上海微電子)總經(jīng)理賀榮明說：“相當(dāng)于兩架大飛機(jī)從起飛到降落，始終齊頭并進(jìn)。一架飛機(jī)上伸出一把刀，在另一架飛機(jī)的米粒上刻字，不能刻壞了。”

巨大的資金缺口

半導(dǎo)體行業(yè)是資金密集型企業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)都是如此。截至2016年年底，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金股份有限公司＂大基金＂兩年多來共決策投資43個項目，累計項目承諾投資額818億元，實際出資超過560億元。涉及半導(dǎo)體的設(shè)計、制造、封裝等各個環(huán)節(jié)，看著很多吧。我們看一下生產(chǎn)光刻機(jī)的ASML在2017年一年的研發(fā)費(fèi)用投入——12.6億歐元，約合人民幣97億！你想追趕？800億全投到這上面也不行，因為還有很多核心的核心零部件做不出來，比如上面說的反射鏡。佳能和尼康最后競爭失敗很大程度上是因為投入資金過于巨大，而ASML在2012年為了解決資金的問題讓Intel、三星、臺積電入股。

人才的匱乏

ASML的光刻機(jī)可以說是西方智慧或者說是人類這幾十年來的只會的結(jié)晶，是最尖端的光學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械等的結(jié)合體，即便ASML生產(chǎn)光刻機(jī)，還有超過80%的零件是向外采購的，ASML稱之為『開放式創(chuàng)新』（open innovation）。

美日單獨(dú)搞都不行，更何況半導(dǎo)體技術(shù)落后的我們。這里要說明的是，媒體反復(fù)報道的我國取得突破的是刻蝕機(jī)，技術(shù)含量比光刻機(jī)低的多。不說ASML，先搞一個蔡司就基本沒希望，即便ASML。

總結(jié)

光刻機(jī)是世界上最頂尖的光學(xué)，材料學(xué)，精密機(jī)械等多基礎(chǔ)學(xué)科的結(jié)晶產(chǎn)物，想自己獨(dú)立生產(chǎn)要在這些學(xué)科上都站在頂尖，并不僅僅是半導(dǎo)體。想迎頭趕上，短期內(nèi)完全沒有希望。

光刻機(jī)毫不夸張的可以說是世界工業(yè)體系百年積累的結(jié)晶，整個機(jī)器需要三萬余個零件，每一個零件都不能有絲毫偏差，一絲一毫的偏差都不能使千萬的電路一絲不亂，毫無偏差的分布在指甲蓋大小的芯片上面，我國在上面要走的路還很長。

瓶頸一 巨額的資金

這是目前制約我國光刻機(jī)發(fā)展的主要原因，近兩年雖然國家清楚的認(rèn)識到了半導(dǎo)體對一個行業(yè)對一個國家的重要性，并且大力投入資金，扶持了一大批企業(yè)，這些資金也只能解一時之急，光刻機(jī)龍頭企業(yè)ASML每年在光刻機(jī)上面的投入是以百億人民幣為單位，這是目前我國半導(dǎo)體企業(yè)達(dá)不到的。

瓶頸二 頂尖的零件

ASML作為世界工業(yè)體系的積累結(jié)晶，每一個零件每一項技術(shù)都是最頂尖的，他的鏡片來自德國蔡司，每一塊都不能有絲毫偏差，這是數(shù)十年的技術(shù)積淀，其光源來自美國極紫外光龍頭cymer公司（已被ASML收購），這家公司是euv領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，在機(jī)器組裝方面選擇了三星和臺灣代工，所有方面ASML都在選用最好的東西，這是國內(nèi)無法比擬的。

瓶頸三 人才的匱乏

僅僅是資金的投入和優(yōu)秀的零件都不是最重要的，最重要的還是人才的匱乏，沒有自己的技術(shù)和人才，就算把圖紙擺在我們面前我們也做不出來，所有當(dāng)前最重要的事情就是培養(yǎng)人才，進(jìn)行人才的積累，這個行業(yè)要用長遠(yuǎn)的眼光看待，而不是幾個月的事情。

有些東西是不能靠別人施舍來的，還是得靠自己，除了上面的一些瓶頸，還有一些不能說的東西，不過相信在中華民族堅持不懈自強(qiáng)不息的民族精神之下，這些都是時間問題，加油我的國。

上海科技報科普問答主持人：主任記者 吳苡婷

這個問題是很多科技工作者和知識分子很關(guān)心的問題，因為光刻機(jī)是集成電路產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域皇冠上的明珠，芯片的質(zhì)量和能力與光刻機(jī)的質(zhì)量息息相關(guān)。目前全世界最頂尖的光刻機(jī)制造商是荷蘭的ASML公司，它占據(jù)著世界最先進(jìn)的光刻機(jī)技術(shù)，占有80%的市場份額，設(shè)備價格非常高，一臺設(shè)備的價格在上億歐元。而且這個公司是向中國禁售最先進(jìn)的機(jī)器的，只有把淘汰的機(jī)器高價賣給中國人。所以光刻機(jī)是制約中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大瓶頸。中國迫切要自主研發(fā)出高端光刻機(jī)。

那么光刻機(jī)制造的難度為什么那么大呢？我們來先說說摩爾定律，所謂摩爾定律指的是當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18到24個月便會增加一倍，這個定律已經(jīng)持續(xù)了50多年，一直很精準(zhǔn)，集成電路目前已經(jīng)達(dá)到了極小的微觀尺度。但是我們?nèi)绾稳崿F(xiàn)這樣的精準(zhǔn)度呢？這就和光刻機(jī)的質(zhì)量有密切關(guān)聯(lián)了。光刻機(jī)就是要把芯片設(shè)計師設(shè)計的復(fù)雜的集成電路要刻在極小的光刻膠上，也就是把集成電路復(fù)制到芯片上。目前的尺寸已經(jīng)達(dá)到了十多個納米。這個技術(shù)中最難的是光源和鏡頭的水平，因為在微觀層面中，要實現(xiàn)這樣的精準(zhǔn)度難度非常高，非常容易出現(xiàn)偏差。

我們先來說說光源，荷蘭ASML公司的光源設(shè)備來自美國極紫外光龍頭cymer公司，采用的是目前最先進(jìn)的極紫外光光刻技術(shù)。鏡頭的采購來自德國卡爾蔡司旗下蔡司半導(dǎo)體公司。而這些零部件的組裝在世界一流的制造公司進(jìn)行，精準(zhǔn)度極高。

我們的差距不僅在光源、鏡頭上，還輸在制造能力方面，是一種綜合能力的落后。

目前中國正在努力追趕，目前中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所已經(jīng)完成了極紫外光刻關(guān)鍵技術(shù)研究項目。另外長春光機(jī)所的科學(xué)家們還突破了技術(shù)封鎖，研制直出徑4米的碳化硅光學(xué)鏡頭坯料。這種光學(xué)鏡頭過去是西方國家嚴(yán)禁向中國出口的。中國目前也在全力推進(jìn)中國制造2025計劃。上海微電子裝備公司雖然是中國最先進(jìn)的光刻機(jī)制造公司，但是與荷蘭ASML公司差距還是巨大的，起碼有10年的技術(shù)差距，但是相信通過努力，我們會縮短差距。

依我老農(nóng)民說：精端光刻沒什么難做。我提點(diǎn)政府應(yīng)重點(diǎn)組合中國量子科技和中微科技資源突破相關(guān)技術(shù)可彎道超車，創(chuàng)新精端光刻科技。我不信一個14億人的人海，人才輩出，創(chuàng)新企業(yè)干萬家，博學(xué).學(xué)士那么多，專家也不是吹出的，資源那么豐富，會被一個小小的光刻機(jī)難住。我預(yù)測五年內(nèi)必有突破。

謝邀~

數(shù)碼科技問題，讓平頭哥為你一一解答~

平頭哥最近回答了多個關(guān)于芯片制造領(lǐng)域的問答，感興趣的讀者可以去看一看。

▲ 上為荷蘭ASML公司生產(chǎn)的EUV光刻機(jī)

關(guān)于題主這個問題，“中國制造光刻機(jī)有些什么難題？”。

鑒于目前中國光刻機(jī)的發(fā)展水平，咱們不妨把這個問題明確一下，應(yīng)該是中國制造一臺高端的光刻機(jī)有什么難題？

我想這不光是對中國，對全世界而言都是一個巨大的難題。包括現(xiàn)在世界第一的光刻機(jī)霸主ASML。

那今天平頭哥就和大家好好聊一聊高端光刻機(jī)為什么這么難做？

極長的研發(fā)周期和巨額的研發(fā)投入

俗話說的好，羅馬不是一天建成的。當(dāng)然，ASML也不是一天煉成的。

1984年，ASML脫胎于荷蘭的飛利浦，因為當(dāng)時飛利浦經(jīng)濟(jì)狀況糟糕，面臨著一個大規(guī)模的裁員計劃。然而誰也想不到，三十幾年后，ASML成長為了半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)的巨頭，而飛利浦解體了。

然而真正讓ASML起飛的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是2002年的一次半導(dǎo)體行業(yè)的革命性變革。當(dāng)時，現(xiàn)任臺積電研發(fā)副總、世界光刻技術(shù)權(quán)威專家林本堅，力排眾議，提出以水為介質(zhì)加上傳統(tǒng)的193nm的光源實現(xiàn)浸沒式光刻技術(shù)，而當(dāng)時外界都認(rèn)為使用157nm的光源才是正確選擇。

ASML做了一個正確的決定，一年后他們便推出了世界上第一臺以水為介質(zhì)的浸沒式光刻機(jī)原型，該技術(shù)一經(jīng)推出便大受好評，而當(dāng)時投入巨資苦苦研發(fā)157nm光源技術(shù)的尼康和佳能只能望其項背，欲哭無淚。從此，ASML這家后起之秀，一路起飛，市占率從2001年的25%迅速攀升為80%。

然而，ASML更大的目標(biāo)是使用來自上世紀(jì)八十年代美國里根時代的“星戰(zhàn)計劃”（感興趣的讀者可自行查閱資料）中提到的波長僅為13nm的EUV極紫外光，因為這項技術(shù)決定了半導(dǎo)體行業(yè)是否止步于摩爾定律。

然而，這個技術(shù)實在是太難了，EUV光線的能量、破壞性太強(qiáng)，制造過程中的所有的零部件、材料都在挑戰(zhàn)人類的極限。本來在Intel的推動下，EUV計劃在2005年量產(chǎn)，但是上市日程卻一拖再拖，而這一拖就是十幾年。

阻礙研發(fā)進(jìn)程的另一個難題就是資金。

因為這個問題，同期研究的日本尼康和佳能直接放棄了EUV研發(fā)。就在這關(guān)鍵時刻，半導(dǎo)體行業(yè)的三大巨頭，英特爾、臺積電和三星分別投資給ASML41億、8.38億和5.03億歐元，于是，ASML的研發(fā)經(jīng)費(fèi)猛增到13億歐元每年的規(guī)模。

平頭哥表示，能讓消費(fèi)者出錢求著你也是沒誰了啊。

接著的事，大家都有所了解了。前后耗時三十年，耗資90億歐元研發(fā)的EUV光刻機(jī)終于要大顯神威了。

三十年，九十億，難度溢于言表。

核心零件難以生產(chǎn)

光刻機(jī)中最為關(guān)鍵的零件之一——反射鏡就足以難倒一眾公司。ASML使用的反射鏡都是由德國蔡司特供的高精度反射鏡，瑕疵大小只能用皮米（1皮米等于1/1000納米）計量。

這是什么概念呢？用ASML總裁兼CEO溫彼得的話來說，“如果反射鏡面積有德國那么大，那么最高的凸起處不能超過一公分！”

而光刻機(jī)的鏡頭組是由二十多塊這樣的高純度、高精度的透鏡組成，而每一塊透鏡還需要經(jīng)過反復(fù)的手工高質(zhì)量拋光，這項技術(shù)蔡司沉淀了上百年。蔡司工廠中就常能看到祖孫幾代人在一起工作，這種手藝的傳承真的不是一朝一夕煉成的。

其實還有更難的光罩薄膜，這項技術(shù)經(jīng)過ASML自己數(shù)十年的艱苦攻關(guān)，終于取得了重大性突破，推出了可移動光罩薄膜。

超越人類極限的零件，其難度難以想象。

還有很多...

比如人才的缺失，ASML在1984年創(chuàng)辦的時候就聯(lián)合了包括荷蘭大學(xué)、歐洲的很多研究所、實驗室共同研發(fā)，其中很多都在相應(yīng)領(lǐng)域沉淀積累了數(shù)十載。

對中國而言，還有一項天然劣勢，就是技術(shù)封鎖。曾經(jīng)的中國閉關(guān)自鎖，對先進(jìn)的技術(shù)不屑一顧，而現(xiàn)在卻是求之不得。

而好消息是，中國是一個可以舉全國之力辦國之大事的國家，咱們的航空、航天發(fā)動機(jī)經(jīng)過無數(shù)科研人員的默默奉獻(xiàn)也進(jìn)入了高端領(lǐng)域，雖然較歐美的傳統(tǒng)強(qiáng)國來說仍有很大差距，但是我們是能看到希望的。相信在芯片領(lǐng)域，中國無數(shù)人才多年來的默默耕耘也會收獲勝利的果實！

好了，平頭哥說完啦，希望我的回答可以幫到您~

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