中國的光刻機技術和荷蘭的光刻機技術，關鍵點的區別到底在哪？

2020-03-13 22:36:31 佚名

星空之飄塵

不少人在半導體方面有一個誤區，認為中國之所以無法在半導體產業有比較好的發展，落後於西方國家，主要原因是無法生產頂級的光刻機設備。而實際上，光刻機這個東西，雖然在芯片製造過程中起到了非常關鍵的作用，但是整個芯片從設計到製造再到商用，中間的鏈條上還有很多其它因素制約著我們。

原子彈與處理器

一直以來，總有一些人在問一個問題：到底是原子彈的技術含量高？還是半導體制造的技術含量高？為什麼我國當年在一窮二白的階段都可以製造出原子彈，但是卻沒辦法在芯片產業上面在世界上名列前茅？

有這樣的懷疑，主要是沒有分清楚原子彈和處理器中間最大的區別，那就是使用數量的問題。

原子彈這個東西，中國確實在60年代就造出來了，而且是在蘇聯人撤退，沒有外援支持的情況下研製出來的。但是研製原子彈的意義在哪裡？是為了去炸美國人嗎？是為了打仗用嗎？不是，誰敢發動核戰爭，這不是國家的問題，而是全人類的問題。

實際上原子彈的核心意義，只是起到一個威懾的作用：你有，我沒有，我就擔心你對我使用核打擊；你有，我也有，我就不擔心你使用核打擊。因此原子彈這個東西就是所謂的“One is enough.”。不管是1萬噸還是100萬噸，我對你都具有威懾能力，再加上兩彈結合，可以實現精準打擊，雙方就形成了一種制約。
因此原子彈不用考慮是否可以賺錢，本來就是軍事用途；不用考慮研發成本，國家戰略能夠投入多少就投入多少；不用考慮質量問題，造10枚只有1枚合格，跟造100枚100枚都合格，是一樣的，因為根本就用不上......實際上第一個造出原子彈的國家才是最辛苦的（美國的曼哈頓計劃），後面的國家想要仿製只會越來越簡單。

芯片這個東西不一樣，芯片是商用的產品（拋開各國軍用的我們不說，這個層面都是關起門來各家玩各家的），不僅僅要造得出來，而且你還得確保有性能上出色，質量上要可靠，工藝上要很先進，要確保可以大批量生產，而且你得擁有廣闊的市場能夠吃下你的產能。
換句話說，這個世界上，無論你是誰，主要打算做處理器這個東西，那麼你唯一要考慮的東西就是：自己是不是可以造出比英特爾芯片價格更低，性能上差不多，質量上可靠，能夠充足供貨的產品。如果可以，那麼你就可以在市場上生存下去，比如說AMD家的處理器。如果不行，那麼這個行業壓根就不會買單，因為沒有人會去購買性能落伍的產品。
可能上面用英特爾舉例子不太準確，我只是想說明：造芯片這個東西，很多國家都可以造，中國也有技術製造自己的處理器，但是造出來沒有市場。因為芯片產業永遠沒有“差一點”的芯片，英特爾在桌面處理器領域之所以能夠穩坐第一名，主要是源源不斷向市場輸送大量優質且便宜的處理器，市場份額足夠大，能夠充分攤平成本，現在一枚i5處理器，在某寶上也就一千幾百多塊錢，普通家庭完全可以負擔。

上游供應商是最大的問題

那麼我們開篇就說了，處理器生產這個東西，最核心的問題不僅僅在於光刻機的差距。整個供應鏈條上幾乎都被歐美國家壟斷，從上游掐住脖子不讓你動彈。我們隨便看一看這個行業中關鍵鏈條上的供應商：

第一個是AMAT（應用材料公司），美國企業，全球最大的半導體材料供應商，本質上就是能否開採純度足夠高的多晶硅原材料。
第二個是ASML（艾司摩爾），荷蘭企業，全球最好的光刻機制造商，也就是問題上的荷蘭廠商，目前全球唯一可以生產7nm工藝光刻機的企業。
第三個是Lam Research（科林研發），美國企業，全球最大的晶圓製造設備製造商，晶圓你可以理解成處理器的最初形態，需要不斷加工最後變成芯片。
第四個是LKA-Tencor（科磊），美國企業，全球最大的晶圓檢測設備製造商。
第五個是Dainippon Screen（迪恩仕），日本企業，全球領先的半導體生產設備製造商。

這五家企業，從原材料開採，到生產製造，到最後的質量檢測，全產業線覆蓋。坦率的講，如果沒有這些頭部的供應商，什麼英特爾、AMD、三星電子、臺積電、聯發科，統統都得挾菜。這裡面1家是歐洲企業，1家是日本企業，3家是美國企業。角度放得再高一點，這些企業都是資本主義陣營的企業。因此我們要說現在半導體產業掌握在美國人手中也沒什麼毛病。當然，近半個世紀以來日本人在半導體行業也做出了非常大的貢獻，可以具體瞭解瞭解佳能和尼康兩個“相機廠商”真正賺錢的是什麼業務。

因此在供應鏈上有差距，導致中國無法自主製造出高性能，並且能夠大規模商用的芯片，也就導致了在芯片行業上發力不足的表現。更何況在人才培養上面，中國由於某個些特殊歷史問題，導致人才培養髮展斷層了10年，這是最慘痛的教訓。即便是今天，中國在半導體行業的人才缺口依舊高達40萬。如果你家裡有孩子準備讀大學，那麼可以建議去考微電子專業，當然，收分不低，不超過一本線大幾十分還是別想了。

目前威脅已經很大

縱觀目前的電腦和芯片市場，桌面端處理器英特爾第一，AMD第二，兩家吃掉了市場上幾乎99%的份額，絕對的寡頭壟斷地位。其它國家的企業想要超越幾乎已經不可能，這個已經不是技術上面的差距問題，更多是生態捆綁利益共享的問題。

比如說光刻機這個東西，荷蘭ASML製造的光刻機是世界頂級的，最高可以賣到1億美元一臺，已經超過了波音777客機的售價，而且每年的產能不過十幾臺，早都被英特爾、臺積電這個企業預訂了，其它企業沒錢，也壓根拿不到貨。

比如說英特爾和微軟自建相互捆綁銷售的PY協議，也就是臭名昭著的“安迪比爾”定律。微軟負責不斷升級系統，吃掉英特爾處理器的性能，而英特爾確保不斷推出高性能的處理器提供給消費者。這樣一來迫使消費者需要不斷換新產品。

那麼既然說起了換新這個東西，怎麼少得了手機這個行當。目前國產手機確實在全球市場表現不錯，華為超越蘋果出貨量排名全球第二，後面的小米、OPPO、vivo這些品牌加起來，中國品牌的出貨量超過了全球出貨量的一半。

不過問題在於，目前除了華為一家是在採用自己的麒麟處理器之外，其它的幾家使用的全部是第三方廠商提供的解決方案，無論是高通還是聯發科。這樣帶來的問題會是：如果某天，美國像打壓華為那樣打壓其它國產品牌的時候，怎麼辦？處理器作為手機最關鍵的零部件，實際上中國品牌也是被掐著脖子在走。
更大的問題在於，即便華為目前已經掌握了手機處理器和基帶芯片的設計能力，但是最終落實到製造加工來說，依舊需要臺積電和三星這兩家企業來進行代工，因為全球只有這兩家企業掌握了7nm製成工藝。無論是蘋果，還是高通，還是華為，都只能選擇臺積電或者三星來代工生產。三星本質上是美國企業，臺積電美方資本佔股也超過了50%，背後意味著什麼不言而喻。

實際上中國每面需要對外進口超過4000億件芯片用於各行各業，總交易額超過3000億美元，是芯片消費第一大國。但是目前臺積電已經開始聯合博通公司開發5nm製成的工藝技術，而中國的中芯國際剛剛在14nm成熟，往10nm方向發力的情況下，華為這樣的企業，不僅僅是製造出一臺光刻機就可以拯救的。

PM宋先生

我國自主光刻機是紫外光刻，能到90nm，65nm，也有報道說22nm，14nm。14nm應該不可能，65nm是可靠的。

據報道，去年4月武漢光電國家研究中心的甘宗松團隊，掌握了利用二束激光進行9nm芯片工藝製程的技術。這是不一樣的技術，還在研究中。

荷蘭現在是極紫外光刻技術，可到7nm5nm甚至更小。

但我認為我們國家和各企業非常重視這塊，技術很快就能突破，超過難，跟上國際先進水平問題不大

悠然0603

感謝您的閱讀！

你可能會這樣對比：

目前中國線上銷售的是90nm光刻機；荷蘭銷售的是7nm EUV光刻機。怎麼感覺中國的90nm光刻機應該更厲害呢？事實上，真的如此嗎？

先了解，Xnm的意思？為什麼說我們落後了？

所謂的nm意思是在芯片製造中，在它身上形成的互補氧化物金屬半導體場效應晶體管柵極的寬度，也被稱為柵長。

上圖中，芯片的電流從Source(源極)流入Drain(漏級)，Gate(柵極)相當於閘門，它的作用就是用來控制Source(源極)與Drain(漏級)的通斷，而Gate(柵極)就是能夠通過它的大小，控制電流的損耗，寬帶如果很小，自然經過Gate的時間越短，損耗越小，處理器的功耗就越低！

比方是，Gate就像小兵，源級和漏級就像猛士，小兵越少，越容易通行！實際上，柵極的最小寬度(柵長)，就是X nm工藝中的數值。

未來，我們就是在不斷的挑戰摩爾定律，將不可能的柵長給控制的越來越低，這樣才能夠更好的將功耗給降低下來，性能給提升上來。

我們缺乏的是什麼？

為什麼荷蘭可以做成7nm EUV的光刻機呢？這就要得益於荷蘭的方式，ASML的一些巧妙的心思。

荷蘭政府本身就一直在支持ASML的全球化，這是後盾的力量，也是它能夠持續獲得關注的地理優勢。
ASML總裁Peter Wennink說，高端的EUV光刻機永遠不可能（被中國）模仿，據Wennink回應，因為受到來自美國的壓力，荷蘭扣留了EUV設備出口到中國的許可證。可見，在Wennink看來，中國很難做到7nm EUV光刻機。因為，一方面我們屬於瓦森納條約的清單中被阻止一員，另一方面，也是因為我們技術所限制。

其實，荷蘭ASML的生產模式，決定了，ASML就很難會被模仿光刻機。

“因為我們是系統集成商，我們將數百家公司的技術整合在一起，為客戶服務。”

光刻機有80000個零件，等等一些配件告訴我們，製造光刻機的不容易，荷蘭ASML的聰明之處，讓許多技術類企業都成了它的股東，技術能夠共享，但是在我國很難！

難在哪裡？難在我們還在遵循老規矩呢？

確實很難，因為我們不會將三星，臺積電等等成為我們的股東，並且所謂的制約我們的技術，也很難唄提供。

我們只能一切靠自己，各種新的技術必須要進行不斷革新，從源頭上將光刻機的優勢更好的發揮出來，比如武漢光電國家研究中心甘棕松團隊，使用遠場光學的辦法，光刻出最小的9nm線寬的線段……未來還有很多的技術在不斷的更新，打破束縛，我對於中國芯片是最看好的。

LeoGo科技

在2018年，我國芯片製造巨頭中芯國際花費1.5億元巨資，與荷蘭ASML採購一臺EUV光刻機，不過由於美國政府的阻撓，截止目前該EUV光刻機依舊沒有到貨。在光刻機的製造方面，我國與荷蘭的差距還是非常大的。

光刻技術是什麼？光刻機是什麼？光刻技術指利用光學-化學反應原理,將電路圖轉移到晶圓表面的工藝技術,光刻機是光刻工序中的一種投影曝光系統。在製造過程中,通過投射光束，穿過掩膜板和光學鏡片照射塗敷在基底上的光敏性光刻膠，經過顯影后可以將電路圖最終轉移到硅晶圓上。

（一）全球光刻機行業的現狀

光刻設備是晶圓製造產線中投入最高的設備，投入佔比27%，其次才是蝕刻設備（20%），CVD設備，PVD設備，量測設備與摻雜設備各佔比10%左右。

目前在全球範圍內，ASML，佳能（Canon）和尼康（Nikon）是光刻機的主要供應商（出貨量佔全球的99%），其中荷蘭的ASML壟斷了EUV光刻機，在高端市場一家獨大。

（二）我國光刻機的發展

目前國際上的光刻機，除了上述三家壟斷了99%的市場之外，我國的上海微電子設備集團（SMEE）也奪得最後1%的市場份額，並且在後道封裝光刻機上面有不錯的市場。其中，ASML壟斷了高端市場，尼康和佳能處於中端同時競爭中低端市場，而上海微電子的光刻機只有低端市場。

上海微電子設備集團成立於2002年，在這裡誕生了我國第一臺納米級的光刻機。目前上海微電子能夠實現90nm的工藝製程，不過隨著22nm的光刻技術的研究，在不久的未來裡，10nm芯片的製造指日可待。

而世界上最先進的ASML，可生產7nm製程工藝的芯片。並且5nm可以在今年下半年實現量產，A14和麒麟1020都將採用這一工藝。因此，我們一般認為我國光刻機與國外頂級水平相對，差距在15-20年。

網傳當年上海微電子剛成立時，到荷蘭ASML參觀學習，就被ASML刺激了一把——“即便把全套圖紙給你們，你們也造不出來”！

（三）我國光刻機發展究竟缺了什麼？

一臺來自ASML的7nm極紫外線光刻機，分為13個系統，3萬多個分件，其中90%的關鍵設備來自世界各地。比如美國的光柵、德國的鏡頭、瑞典的軸承等等，但是最關鍵的是，這些頂級零件對我國是禁運的！

我們要想做到ASML這個水平，只是發展一項技術是不夠的。我們需要的是全方位的發展，從光學設備、超精密機械，再到計量設備，光學設備等都要做到國際領先的水準。

總結

我國的光刻機與國外的差距還是很大，路也還有很長。不過我對國內光刻機的未來還是比較看好的，畢竟目前國內也意識到了光刻機的重要性，要想不被卡脖子，自己做才是正道。並且我們作為基礎工業最完善的國家之一，我們也有這個基礎，當然我們也要給企業以時間，給人才以時間！

極速說天下

中國的光刻機在現有技術路徑下，在非EUV光源領域（193nm液浸式），假以時日，是可以追上荷蘭阿斯麥的，但在EUV（極紫外13.5nm光源）這條技術路線上，除非另開科技樹，追上阿斯麥的可能性不大。這就是我們和荷蘭光刻機技術的最關鍵差距，這已經不單純是市場競爭問題，而是和太平洋對岸的米國有關，日本尼康（沒錯，造單反相機的那家公司）當初就吃過這個癟，後面細說其中淵源。

前面有回答說，頂級光刻機（限定於非EUV）的關鍵零部件來自於不同的西方國家，這一點不假，但要說離不開德國（蔡司）的鏡頭、瑞典的軸承，這個有點稍顯誇張，因為瑞典軸承這樣的精密機械，隨著國內機械工業進步，是可以點開這棵科技樹的。

至於鏡頭，折射的鏡頭確實是蔡司的最好，但蔡司的鏡頭在EUV時代也被放棄了，因為相位差問題和EUV光線經過折射後能量損失較大，所以EUV光刻機改用鍍膜反射鏡頭。

EUV是目前最頂級的光刻機，既然可以放棄蔡司的鏡頭，說明它還真不是制約頂級光刻機研發的最關鍵因素。

實際上，阿斯麥通過控股蔡司的方式，使蔡司鏡頭只能獨家供應阿斯麥，但並沒有壟斷非EUV光刻機（目前壟斷的是EUV光刻機），其它玩家還有日本的尼康和佳能，其中尼康的ArF(氟化氬光源)液浸式掃描光刻機和阿斯麥的同類光刻機有一拼，最高可以做到5nm.

當然，尼康的5nm說法有沒有吹，無法確證，因為現在芯片製造領域，為了市場宣傳需要，大喇叭們馬力開足，混淆概念，自立標準，所以才出現了臺積電7nm工藝製造的芯片晶體管密度竟然和英特爾10nm工藝的相當。

不過，有一點可以肯定，尼康的NSR-S635E光刻機實現中芯國際正在研發的7nm工藝問題不大。

說到這裡，其實牽出另一個問題，一直到2009年之前，光刻機的市場，尼康還是老大，阿斯麥不過是後面追著跑的馬仔，為何10來年過去，尼康在光刻機市場混得越發破落，讓阿斯麥吃香喝辣呢？

除了尼康在液浸式光刻機上點錯科技樹，讓阿斯麥藉機上位外，最重要的是在研發EUV光刻機時，被米國一腳踢開，無緣EUV光刻機。

其中的故事，料很多很足，足可為我們鏡鑑，但文字稍長，沒有耐心不想深挖的網友可以離場了。

1997年，英特爾和米國能源部共同發起成立EUV LLC組織，匯聚了美國頂級的研究資源和芯片巨頭，其中包括勞倫斯利弗莫爾實驗室、勞倫斯伯克利實驗室和桑迪亞國家實驗室等三大國家實驗室，聯合摩托羅拉（當時如日中天）、AMD等企業，投入2.25億美元資金，集中了數百位頂尖科學家，只為一件事：EUV（極紫外）光刻機到底可不可行？

說白了，這是一項關於下一代光刻機的基礎研究，成了的話，等於點開了新的科技樹。

阿斯麥公司員工餐廳

當時美國光刻機企業已經衰落，市場上實力較強的主要是阿斯麥和尼康，佳能心比較大，眼看搞不過阿斯麥，掉頭專心做顯示器光刻行業了。因此，英特爾邀請尼康和阿斯麥一起參加EUV項目。當然，英特爾也不是助人為樂，而是考慮到有兩家公司參與的話，將來不用擔心被痛宰（參考蘋果公司的第二供應商制度）。

但米國政府不樂意了，擔心最前沿的技術落入外國公司手中，因此反對阿斯麥和尼康加入EUV LLC。從這裡也可以看出，美國和它的盟友並不總是掏心掏肺。

阿斯麥對美國政府許下一大堆承諾後，勉強進入了EUV LLC這個超級朋友圈當一個小角色。

尼康則沒有這麼幸運，由於當時日本還被米國視為經濟上的對手，在貿易上和日本掐個不停，所以直接被拒絕。

沒有拿到EUV光刻機的入場券，尼康從此被關在高端芯片製造設備的門外，阿斯麥則壟斷了EUV光刻機市場，儘管每臺賣1.2億美元，我們由於《瓦森納協議》限制，有錢買不到，中芯國際向阿斯麥下的EUV光刻機單子，錢交了，貨還在審批中。

芯片製造車間

在非EUV光刻機領域，有國產產品，性能落後一些，假以時日打磨，可以逐漸追上國際先進水平，但在EUV光刻機領域，我們完全是一片空白，這影響到了我們的晶圓代工廠芯片工藝製造，卡在7nm上不去。而EUV光刻技術又被米國牢牢把控，別怪阿斯麥，在整個項目中，前面說了，它也只是打醬油的。

這方面的詳細內容，有興趣的網友，可以參考我在頭條號的文章《阿斯麥封神背後》。