国产光刻机研发进度如何计算的（光刻机研发需要投入多少钱）

2022-11-26 20:03:57 证券 xialuotejs

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国产最新光刻机多少纳米（中国首台28nm光刻机问世）

; 国产芯中国“芯”!如果没有华为在通信科技领域的异军突起直接威胁到西方发达国家的核心利益，美国也不会如此丧心病狂的用一个国家的力量对付一个企业，当然我们老百姓也不会去关注芯片这个原本属于科技领域的事情。如今在中国的大街小巷和餐馆排挡，要说什么话题最火，那莫过于“华为5G”和“芯片”这两个话题了。

人们除了惊讶于我国的科技水平居然已经达到了这种地步的时候，也在为我国什么时候才能突破高端芯片的技术封锁而着急。毕竟我们很多人都知道，我国在错过了第一次、第二次工业革命之后，就落后挨打了两百多年的时间，所以每人都都很清楚下一波工业革命的重要性。恰好华为5G的全球领先让我们看到了中国不仅能够赶上第四次工业革命，甚至很大程度上还有引领第四次工业革命的可能，每个人都兴奋不已。

但是目前，我们不得不认识到我国在半导体集成电路方面还和西方发达国家及企业有着不小的差距。在这个节骨眼上，偏偏美国又开始歇斯底里的打击中国科技企业，企图拖慢整个中国的半导体领域发展进程，因此我们很着急，我国何时才能突破芯片的技术封锁呢?

当然，着急是不解决任何问题的，如果着急有用的话，还要那些科研工作者和科学家干什么呢?我们一方面在着急的同时，也得清楚的认识到，即便在西方国家合力封锁我国芯片技术的背景下，我国自己的科技企业，还是取得了突破性的研究结果。

比如我国现有享誉世界的北斗全球定位导航卫星，其中所用的三号芯片现在已经成功的打破了22nm的上限，上海微电子也在当前大背景下加班加点的研制出了能够生产22nm的光刻机。这个消息让全国的科技圈都十分的振奋。

国产光刻机突破22纳米，差距还很大，为啥科研人员如此兴奋?

有不明所以的网友会比较好奇，现在全球最顶尖的芯片是5nm制程技术，甚至连3nm制程的也已经在研发设计中，为什么我们才刚刚到22nm就让国内科研人员异常兴奋呢?原因其实很简单，打个比方在你极度饥饿的时候，别说给你一桌山珍海味了，就是给你一个平淡无奇的白面馒头你都能吃的津津有味!

在上海微电子技术取得突破之前，我国国产的光刻机一直停留在只能制造90nm制程的芯片。这次我国直接从90nm突破到了22nm也就意味着我国在光刻机制造的一些关键核心领域上已经实现了国产化。而自己掌握核心技术有多重要自然不言而喻，在突破关键领域以后，更高阶的光刻机的研发速度只会越来越快。国产光刻机突破封锁，成功研制22nm光刻机，中国芯正在逐渐崛起。

与此同时，西方发达国家的硅基芯片的制造已经接近了物理极限，“摩尔定律”正在逐渐的失效，我国的芯片技术又在不断的突围。此消彼长之下，我国芯片制造能力追平世界领先水平也只是时间问题而已，更何况我国也在同步研究更加具有竞争力的“碳基芯片”，如果一旦研制成功，我们甚至都不需要再依赖光刻机，那么西方国家的封锁手段也会随之土崩瓦解。

所以，我们不能只是干着急，对于我国的芯片领域发展，还是要充满信心的。

国产光刻机研发进度如何计算的（光刻机研发需要投入多少钱）第1张

如果中国举全国力量研发芯片和研制光刻机需要多长时间？

如果中国举全国力量研发芯片和研制光刻机，也需要10-20年左右。

在中国芯片制造被漂亮国“卡脖子”的时候，ASML总裁Peter Wennink曾经在一次科技会议上明确表示，“高端的EUV光刻机永远不可能（被中国）模仿。”虽然说，皮特老板的话听起来不太顺耳，甚至有些打击我们的积极性和自信心，但是不得不说，人家能说出这一番话来，肯定是有人家的底气的。

ASML的皮特老板还说：“因为我们是系统集成商，我们将数百家公司的技术整合在一起，为客户服务。这种机器有80000个零件，其中许多零件非常复杂。”据他介绍，许多企业专门为光刻机生产诸如镜头、反光镜和其他光学部件，目前为止，世界上的任何公司都不可能轻易地模仿制造。

实际上，许多网友对此言论是有些不屑一顾的，他们似乎觉得生产光刻机其实并不难，只要中国拿出当年自力更生地研发制造“两弹一星”的精神和意志来，那么，哪怕四处碰壁、困难重重，也一定能得偿所愿地制造出中国自主知识产权的光刻机来。

但是这样的说法，显然太过主观臆断。

无论如何，想要造出高精度、高可靠和高品质的光刻机，都不是一件容易的事。

就拿ASML公司来说，虽然是荷兰公司，但是背后却是美国资本的掌控。在全部数万个零部件中，有许多关键部件，都是来自美国和日本的高科技公司。而美国科技的领先，一方面是在大量资本投入下设计研发的先进，另一方面更是世界各国科技人才的趋之若鹜。

有财富、有资本，又有人才，点满了“科技树”的美国科技，自然在光刻机和芯片领域一往无前。

纵观短短几十年的芯片技术发展史，荷兰的ASML公司坚持技术整合，迎合客户需求，抓住了电脑、手机和数码产品水涨船高、突飞猛进的历史机遇，堪称是美日两国在半导体科技领域相互竞争的“幸运儿”。

就咱们国内的半导体行业来说，上海微电子的光刻机在2019年以前保持在90纳米左右，已经是国产光刻机的最高水平，但是在“卡脖子”事件之后，国产芯片制造产业显然得到了迅猛发展。据悉，上海微电子在两年内已经率先研发出28nm光刻机的先进技术，并有望尽快向企业交付。而中科院光电所已经研发出光刻分辨率达22nm的技术，但是研究归研究，想要量产出来，成千上万零部件的设计研发、制造整合，都会是层出不穷的大问题。

不管怎么说，上海微电子和中科院光电所能够研发出成熟可行的光刻机技术，值得我们每一个中国人庆贺，但是我们也要看到，国内光刻机和荷兰ASML光刻机，仍然有设计研发、零部件整合与制造工艺方面的巨大差距，而西方国家深耕细作几十年的技术壁垒和鸿沟，我们想要在两三年内寻求突破，无疑是比较困难的。

虽然说，研发国产芯片和研制国产光刻机是摆在华为“打工人”和我们每个中国人面前的“当务之急”，但是正所谓“欲速则不达”，在当前的形势下，我们既需要快马加鞭地加速追赶速度，也需要统筹兼顾国内半导体行业的发展现状。

或许等到某一天，咱们中国人就是“专治各种不服”，成功地凭借着顽强不屈的精气神和举国之力的众志成城，研发出了高精度光刻机，到那时候我们也必须牢记：再先进的光刻机，也是用来脚踏实地生产芯片，完善和改进我国的半导体产业链的，而不是摆出来“论功行赏”，给脸上“贴金”的。

因此，正常来说，就算是中国举全国力量研发芯片和研制光刻机，也需要10-20年左右。

如果心急火燎，抡圆了胳膊，一窝蜂地“大干快上”，很容易忽略科技发展的正常规律，反而会造成各种意想不到的问题。

但是就我个人来说，我当然希望光刻机的研发制造越快越好！

EUV光刻机难还是原子弹难？

问这个问题的基本上是对EUV光刻机不太了解的人，至于光刻机制造难度更难，还是原子弹制造更难，我们通过对比简单的数据就知道。

目前全球能制造出原子弹的国家并不少，已经部署原子弹的总共有8个国家，分别是美国，俄罗斯，中国，英国，法国，以色列，巴基斯坦以及印度。

另外日本、德国也具备制造原子弹的实力，只是他们不允许制造而已，还有包括伊朗，朝鲜，巴西，南非这些国家也具有制造原子弹的潜力。

由此可见，目前很多国家都已经掌握了原子弹的制造技术，只是迫于国际压力，他们不敢明目张胆的制造出原子弹而已，因为原子弹的制造会受到国际的制裁。

而且目前已经造出原子弹的这些国家当中，大多数国家都是在上世纪70年代之前造出来的，比如美国在1945年就已经造出来，俄罗斯在1949年就造出来，中国在1964年造出来，即便最晚的印度在1974年也造出来了。

而光刻机的诞生是伴随着半导体产业的发展而诞生的，在上世纪60年代的时候，光刻机已经开始出现，但当时真正具备制造光刻机实力的也只有几个国家，分别是美国，日本，中国，德国等少数国家，但这些国家制造出来的光刻机技术都相对比较。

而目前全球最高端的EUV光刻机只有一个国家拥有，那就是荷兰的ASML，就连日本拥有尼康、佳能这样的顶尖巨头也造不出7纳米以上的EUV光刻机，所以目前全球的7纳米EUV光刻机基本上被荷兰的ASML一个企业垄断。

此外，因为7纳米以上光刻机技术难度更大，目前日本的尼康和佳能已经放弃了高端光刻机的研究，只保留中低端的光刻机。

而过去十几年，我国在光刻机研究方面也投入了大量的资金和精力，但是长期以来我国已经量产的光刻机也只不过是90纳米，虽然目前我国28纳米光刻机已经取得技术上的突破，但要真正实现量产也需要等到2021年，或者2022年。

就算我国28纳米光刻机生产出来了，但是跟荷兰asm7纳米光刻机的差距仍然是非常大的，所以短期之内我国想要制造出7纳米以上的高端高光刻机难度很大。

通过简单的对比之后，我们就可以发现EUV光刻机的制造难度，要远远比原子弹制造难度更大。

原子弹的制造其实不需要复杂的工程，需要使用到的产业链和配件并不是很多，原子弹制造最难的一个环节就是铀浓缩，只要把铀浓缩提炼出来了，那么原子弹制造就水到渠成了。

光刻机制造则完全不一样，目前一台高端光客机有几万甚至上10万个零部件构成，这些零部件都是行业内最顶尖的技术，一个零部件都需要经过反反复复的打磨，才符合高端光科技的要求。

比如之前美国一个工程师曾经说过，为了打造光刻机上的一个零部件，他反反复复打磨了10年时间。

由此可见，光刻机的技术要求是非常高的，也正因为如此，目前全球没有任何一个国家能够单独生产出高端光刻机，即便荷兰ASML垄断了全球7nmEUV光刻机，但是他们90%以上的零部件都是依赖于从美国，德国，日本，中国台湾，韩国等一些国家或地区进口。

比如asml的光源来自于美国企业，镜头来自于德国的蔡司，光罩来自中国台湾等等。

这里面单是镜头和光源就是让人头疼的一件事情，比如德国蔡司提供的镜头技术难度到底有多大呢？我们举一个很简单的例子，如果把一个小小的镜头比作整个德国的国土面积，那么最高凸起的地方不能超过一厘米，大家自己想象一下这个要求到底有多高。

也正因为EUA光刻机技术难度就太大，所以目前真正掌握EUV光刻机技术的国家只有荷兰一个，其他国家即便有精力有资金投入，短期之内也不可能研究出来。

毕竟EUV光刻机所需要的几万个零部件，短期之内某一个国家不可能完全生产出来的，它需要多个国家多个企业共同努力，共同合作，才能打造出高精尖的光刻机。

但在一些核心零部件上，目前西方国家一直对我国进行技术封锁，这也是为什么我国十几年来光刻机研发进度非常缓慢的一个重要原因，因为我们所有核心零部件都需要自己一步一步的从0开始研发，所以难度是非常大的。

总之，原子弹只要你掌握了制造原理，并把铀浓缩提炼出来之后就可以制造出来，但是光刻机即便把所有的零部件放在你面前，让你自己组装，你也未必能够生产出合格的EUV光刻机，这就是原子弹跟光刻机制造的区别。

我可以负责人的告诉你，EUV光刻机比原子弹难太多了，美国的原子弹都不知道发展多少代了，但美国依然造不出EUV光刻机。

在这里首先要说明的是，美国不是不想造EUV光刻机，而是美国自己也造不出来，1997美国政府还专门组织了世界上的科技大公司以及美国三大实验室，花了6年时间来证明使用EUV光刻的可行性。当时美国害怕这些科学技术被外国公司掌握，不允许日本的尼康与荷兰的阿斯麦参加，后来阿斯麦求天求地，对美国许下大量承诺后才被允许进入里面做打杂的小弟弟。

当然了，阿斯麦虽然在里面只是做小弟，但他却能分享里面的所以科研成功，这让阿斯麦公司获得了EUV（极紫光线）开发利用的技术的积累，为后面研发成功打下基础。

那么回到问题上，为什么说EUV比原子弹还难？

制造原子弹只要有高浓度的浓缩铀，然后按照核反应原理进行装置就可以了。原子弹技术其实只有两个难点，一个是制造高浓度浓缩铀，一个是把核武器小型化。

制造高浓度的浓缩铀并不难，最原始的方法就是使用离心机制造，这种方法的缺点时效率太低，需要花大量的时间才能生产出足够多的浓缩铀，但是这个只是花费时间而已，并不是不能制造。

把核武器小型化，这个也并不是太难，通过反复计算与实验都可以不断的把核弹头改小，让它具备可携带作战性。

核武器只是大规模杀伤性武器，又不是精密的武器，所以不要把制造核武器想象的太难，只要全世界不禁止核武器，那么世界上任何国家通过一段时间的摸索，都可以造出来。

从理论上讲，再先进的光刻机，只要给世界各国足够多的时间去摸索，同样也能制造出来，但是制造EUV光刻的难度与制造原子弹的难度是不一样的，原因是光刻属于高精密机械，每一个部位都属于一个技术难点，由此制造光刻的技术难点远比制造原子弹的多。

如果说制造原子弹的技术难点只有两个，那么制造EUV光刻机的技术难点起码有一百个。攻克一百个技术难点付出的成本肯定比只攻克两个技术难点的成本要高。

而且制造核武器起码有爱因斯坦提供的理论去指导，而制造光刻机则没有相对要善的科技理论去指导，由此

就拿EUV光刻机的光源来说

EUV就是极紫外光的缩写

制造极紫外光并不困难，因为电子在磁场中接近光速飞行就会发光。

由于电子运动接近光速飞行，而发出来的光又以光速飞行，由于电子与它发出的光在速度上基本是同步的，而电子在飞行中又不断的发光，这时候电子发出的光线在它周围不断的重叠，当光线重叠到饱和时就会发出极紫外光。

由此制造极紫外光并不困难，很多国家都能制造出来，但是要制造250W的极紫外光就很困难。

记住这里的关键词“250W”。

250W是光敏材料对光源能量的要求，如果光源能量达不到250W，那么光刻效率就低，甚至无法光刻，因为涂在硅元上的光敏胶需要一定的温度才会发生化学反应，所以单制造出极紫外光是没用的，温度达不到就不会有太大的光刻效果。

在这里说一些下，选择用极紫外光来光刻，看中的只是它的波长短，只有13.5nm，而波长越短的光线在通过比它波长还小的细孔时，发生衍射率就越低，衍射率低则意味着通过两个距离很小的小孔，那么它们的光线不容易发生重叠，如此一来就得到较为清晰的微缩图像，从而提高光刻图形的精准度。

说白了，使用极紫外光看重的只是它的波长短，可以获得更小更清晰的图像，但是光刻是需要一定能量的。

那么问题来，极紫外光的能量来自哪里？

极紫外光的能量来自于激光所携带的能量转化。

在最先进的EUV光刻机中，激光是激光，极紫外光是极紫外光。

极紫外光是由激光击打锡滴，锡滴被电离后，电子脱离原子核以接近光速的速度在磁场中飞行发出。

而极紫外光的能量由击打锡滴激光所携带的能量转化而已，但是转化率非常低，普遍只有3%左右，想提高这个能量转化率非常困难，目前全球各国通过各种手段获得的最大能量转化率也没有超过5%的。

所以说极紫外光并不难制造，难制造的是光源能量达到250W的极紫外光。

为了制造出更高能量的极紫外光，人类几十年如一日的在奋斗，到目前为止也只有荷兰阿斯兰公司实现了这个目标。

中当前制造的极紫外光最高也只有150w，要达到250W有着相当大的距离。

你们不要小看极紫外光，他是作用很多的，并且在医学治疗上用途是很广的，具有非常高的商业价值。所以全球光源制造公司一直都在这方面持续投入研发，但是却迟迟无法提升极紫外光的光源能量。

也许有的人会说，激光转化率虽然低，但是也是可以转化的，换大功率的激光不就解决了？

理论上的确是可以通过换大功率的激光来解决这个问题，但是首先你得把大功率的激光研发出来，而且还要把激光的光束压缩成nm大小，不然你就无法击打锡滴。

大功率的激光也是高难度的科研项目，如果能制造大功率的激光的话，人类早就把所有的武器弹药扔掉了，改用激光武器。

所以EUV光刻机的第一个难点就是250W的光源不好制造。

单制造出250W的光线，还是不行的，要保证光刻机的商用性，还要解决大量的问题。

第一、光源供应问题

阿斯麦公司为了保证光源充足，他们的激光每秒要击打5万滴锡滴。

记住哦，是一秒5万滴，所以他们要研发一个每秒钟滴5滴锡滴出来的装置，并且每滴锡滴的大小以及运行轨迹，还有落下的时间的间隔不能有太大的偏差，不然激光就会打不中锡滴。

在这里要引用知一个时间单位，叫皮秒，一皮秒等10万分之一秒。

在这里说一下，阿斯麦公司对每一滴锡滴都击打两次的，也就是每皮秒一次，以此提高能量的转化率。

至于阿斯麦公司的极紫外光的能量转化率有没有超过5%，我也不知道，因为这个属于商业机会，他们也没有公布。

第二解决采用镜工作寿命的问题

击打锡滴，会有大量的锡滴阿残渣，为了防止锡滴残渣污染采光镜，让采光效果下降，所以还要做一个磁场，让所有的锡滴残渣在磁场力的牵引下落入收集容器中，避难采光镜被污染。

除此之外，由于极紫外光制造室内温度非常高，所以采光镜一定是要耐高温的，如果不耐高温，在如此恶劣的环境下。用不了多久它们就会发生变形或者毁坏，导致无法采光。

第三、解决光的输送问题

由于极紫外光属于软光，它可以被任何物质吸收，所以它只能在真空中传输，而且还只能使用反射原理来传送光线。

但是还是那句话，任何物质都可以吸收极紫外光，就算用了反射原理它自然不可避难的被吸收，荷兰阿斯兰EUV光刻机的紫外光在传送过程中有98%都被吸收，最后用于光刻机的只有2%。

在这里还涉及到其他两种材料的开发：

一种是滤光材料，由于阿斯麦光刻机的目标只制造更小工艺的芯片，所以要保证所有用于光刻的光线都是13.5nm的，由此他们得制造只允许13.5nm光线通过的光密介质，而这种光密介质要把其他所有波长的光线都拦下来。

另一种是反光镜的制造，他们要制造尽量少吸收或者不吸收极紫外光的材料。

这两种材料制造，都需要大量的经过大量反反复复的实验才制造出来。

第四、解决机械运动误差的问候

芯片的工艺既然是纳米，那么光刻机的各种机械同步运动的误差是要求控制在几nm的范围之内的。

一纳米是多长？跟人指甲一秒钟长的长度差不多。

所以为了尽量的消除机械运动误差，听说阿斯麦公司使用的空气轴承，并且还专门研发了相对应的计算软件。

第五、恒温与防震动

由于紫外光在传输过程中大量的光被吸收，这时候会导致机械内部温度升高，如何让光刻机处于恒温状态是一个需要解决的问题，在这里你们玩注意一点，任何材料都会产生热胀冷缩的，如果不处理好温度问题，那么光刻机的精准度也会受到影响的。

由于芯片工艺制程越来越小，所以要防止机器因为受外界震动而产生各种误差问题，由此在里面有防震动设置，而最好的防震动设置就是磁悬浮。

除了以上内容已之外，还有除尘问题，以及制造更大口径的蔡司镜头等等，每一样都是一个技术要点，而且解决这些技术要点都没有任何捷径，只要依靠基础科技一步步的突破完成。

由此制造EUV光刻机不是那么容易的，比制造原子弹难多了。

还是原子弹难！EUV光刻机相对简单！

EUV光刻机确实很难，现在世界上也只有荷兰ASML公司能够制造出来这样的光刻机。但是对于我们来说，在EUV光刻机上已经有一些技术储备，现在可能只需要动用几个研究所加上大学加上光刻机厂家就足够了，可能短则两三年，长则五六年就能够获得突破，成功制造出来EUV光刻机。

原子弹显然是更难一些，原来我们搞原子弹的时候，面临着技术封锁以及物资等各方面的封锁，而且当时世界上也就是极少数国家有这个原子弹技术。但是当时的情况下，搞出来原子弹，就意味着国家拥有了威慑力量，就意味着没有人胆敢再去轻易惹你，于是在当时非常困难的条件下，我们开始举全国之力来搞原子弹，最终历经数年搞出来了原子弹，并且搞出来了氢弹，而且导弹技术也是获得了快速的突破，拥有了洲际弹道导弹技术，拥有了更强的威慑力量。显然在当时的条件下，搞出来原子弹是更难一些的。

现在对我们来说，想搞出来EUV光刻机可能也不算太困难的事情，我国工业体系非常完善，是全球拥有最完善制造业体系的国家。而且我国在历史上也有光刻机的研发，而且我国有几个研究所已经对EUV光刻机做了很多年的研究和技术储备，再加上我国上海微电子已经研制出来了28纳米光刻机，可能会在明年或者后年交货。

这款28纳米光刻机，应该是193nm duv，也就是采用了193nm光源的光刻机。而台积电前两年生产第一代7nm芯片是采用的使用的就是193nm光源的光刻机，而之前上海微电子生产的90nm光刻机使用的是365nm的光源，还有上海微电子最近10年的研发费用只有区区6亿元人民币，还没有一台光刻机的价格贵，这就能搞出来193纳米光源的DUV光刻机可能也算是非常牛了。

因此，从现在我国光刻机的研发情况来看，我们的差距可能并没有想象中那么大，也没有某些人说的那么大，而且对于我国非常有利的还有市场规模。根据海关统计，我国2019年半导体进口金额达到了3040亿美元，折合人民币达到了2.1万亿元的规模，这么大的规模，其中大部分都是能够采用国产193纳米DUV光刻机进行制造的。

在这样的情况下，我国EUV光刻机如果加大重视力度，开始集中人力物力提速研究开发，那么我国有可能很快就能够拥有EUV光刻机的技术，就能够在未来的几年内生产出来先进的EUV光刻机产品。

综上所述，原子弹更难，而EUV光刻机显然更简单一些，而且我们已经研发出来了193纳米的DUV光刻机，未来只要我们加大研发力度，更加重视，那么可能很快我们就能够拥有自己的EUV光刻机产品了。

本来不想回答这个问题，但是看了大部分老师们的“EUV光刻机比原子弹”还难造的言论，我还是忍不住了来回答这个问题。

我想问问老师们：你们知道原子弹的制造原理吗，制造难点在哪里吗？原子弹是大规模杀伤性武器，原理很简单，但是研造技术难度大。首先要有核材料，也就是铀235，铀235储量少，开采难度大，没有先进的技术水平很难获得铀235；其次是离心机，而且是上万台串联的不停工作；再者，必须拥有庞大的军工系统；还需要有尖端的物理学家，巨额资金投入，缺一不可。

大部分老师的观点是：世界上能制造原子弹的有7-8个国家，而EUV光刻机只有荷兰能造，然后从光源等多方面论述，得出了光刻机比原子弹难造的谬论。

原子弹是超级武器，是确保国家安全的最有效威慑手段，只要你拥有了核武器，也意味着国家进了保险箱，无核国家不敢轻易招惹你，有核国家也忌惮你。拥有核武器就成为各个国家的追求的目标，不管难度有多大，都会举全国之力研发、制造原子弹。

EUV光刻机是高端精密机械，制造难度固然很大，但是除中国外可以花钱买来直接用，没必要费那么大劲搞研造；原子弹你能买来吗？有人卖给你吗？

制造原子弹仅有决心是不行的，没有技术是造不出啦的；造EUV光刻机技术不是决定因素，决心最重要。

综上所述，老师们你们还认为原子弹容易造吗？欢迎讨论