中国为啥造不出光刻机（中国为啥造不出光刻机技术）

为什么中国生产不了光刻机

前瞻产业研究院发布的《2020年中国半导体设备行业市场研究报告》指出，光刻机发展至今，已经历了5代产品的迭代，目前第五代EUV光刻机是未来光刻机技术发展的主要方向，目前ASML是全世界唯一一家能够设计和制造EUV设备的厂商。

从中国市场来看，上海微电子装备有限公司（SMEE）是我国国内唯一能够做光刻机的企业，其已经量产的光刻机中，性能最好的能够达到90nm的制程工艺。

但值得一提的是，在光刻机产业的上下游，不乏国产企业的身影。

尽管我国光刻机的发展与国际领先水平有着不小差距，但在半导体设备的其它细分领域已有了较大进展。

从国内市场来看，刻蚀机是我国最具优势的半导体设备领域，也是国产替代占比最高的重要半导体设备之一。目前我国主流设备中，去胶设备、刻蚀设备、热处理设备、清洗设备等的国产化率均已经达到20%以上。

那么目前国内半导体行业的国产替代化究竟发展到了什么程度？

据前瞻产业研究员分析，国产半导体设备已经形成系列化布局，以北方华创等为代表的龙头公司正在加紧布局设备国产替代。

目前国内半导体设备企业在刻蚀、薄膜沉积、离子注入、光学测量、研磨抛光、清洗设备等主要设备均有布局，客户的接受度也不断增强，包括中微半导体的介质刻蚀机、北方华创的硅刻蚀机、PCV设备，上海盛美的清洗设备等国产12英寸设备已经在生产线上实现批量应用。

1965年我国就有了光刻机，为何现在的发展却大幅度落后？

中国的光刻机之所以会走向落后，是因为经济发展因素、海外企业竞争力过强以及欧美国家对中国进行了技术封锁。

由于华为遭美国封杀之后，华为的芯片供应也出现了很多的问题，由于芯片的制造离不开光刻机，所以光刻机就成为了网友非常关注的东西，只不过令大家没有想到的是，中国曾在光刻机领域达到过世界先进水平。

一、经济发展的原因，导致中国在光刻机领域处于落后地位。

虽然中国当时在光刻机领域拥有着不错的技术水平，但是大部分企业在光刻机领域都无法赚得收入和利润，这导致很多企业逐渐放弃了光刻机的生产和研发，正是由于很多企业不看好光刻机的生产，所以才导致中国在光刻机领域出现了大幅度落后的情况。

二、国外企业的技术优势，使得中国的光刻机处于落后位置。

由于国外企业在光刻机领域，储备了大量的技术专利，这使得国外企业在进行光刻机生产研发时，总能够最大程度降低成本，由于国外生产的光刻机在价格上，远低于中国的国产光刻机，这使得很多芯片生产商都开始选择国外的光刻机，正是由于国外的光刻机生产企业展现出了极强的竞争力，这导致中国的光刻机领域受到了极大的冲击。

三、欧美国家对于中国的技术封锁，使得中国无法提升光刻机的技术。

虽然中国曾在光刻机领域取得了不小的优势，但是如果一直无法和国际接轨的话，那么中国在光刻机领域，也不可能取得太大的进步，再加上欧美国家对中国在光刻机领域进行了强力的技术封锁，这导致中国无法在光刻机领域吸收国外的经验和技术，由于缺少国外技术的帮助，中国在光刻机领域逐渐走向了落后。

我们国家有大批科研人员，为什么不能制造出光刻机？

从20世纪60年代初开始，中国就有半导体公司发明了芯片蚀刻技术，拉开了光刻机发展的序幕。随后，经过37年的发展，荷兰的阿斯麦尔寻求建立自己的光刻机产业链，然后垄断了整个全球市场。在这个产业链中，91%的关键部件来自国外而不是荷兰，而荷兰的阿斯麦尔在这个产业链中扮演着重要的角色，负责光刻机模块的整合和开发。只有这样，荷兰的阿斯麦尔才能控制整个产业链。

当下，高端光刻机已被荷兰的阿斯麦尔垄断。荷兰的阿斯麦尔的存在对发展全球芯片非常重要。他们的光刻机是世界上最先进的，很难找到一个可以替代ASML的光刻机。因此，当国外芯片的市场价格总是很高的时候，就会出现一种情况，这主要是因为我们没有足够的高质量的光刻机愿意只从国外进口现代芯片。光刻机对精度有很高的要求，要达到这样的精度就必须犯错误。因此，国家的工业水平和科技实力必须达到最高水平。大量的科学家试图用正确的信息进行测试，即使测试条件到位，也找不到合适的突破点。

光刻机是高精尖设备，技术难度很大。一台光刻机重达近180吨，内部零件超过8万个。要制造这样一台机器，必须采用美国现有的光刻机设备、德国的机械技术、瑞典的轴承技术和日本的光学技术（如现代技术），这是不可想象的。除了现代技术的结合，光刻机零部件的生产也是一个严重的问题，因为它们不是阿斯麦独立生产的，而是从世界不同国家进口的。这就不难理解为什么阿斯麦敢于慷慨地说，即使就我们的图纸而言，中国也无法制造光刻机，因为仅凭我们自己是无法制造这么多相互关联的细节的。

光刻机中使用的这些材料和备件也很难找到。国家的工业资源再丰富，也不能靠自己，让所有的零配件只能来自国外。关键是你想买的话，别人未必会卖给你。

光刻机的研发是一个技术问题，高精度的光刻机难度非常大。由于市场的原因，光刻机寡头垄断了除第一种产品外的其他产品，其他产品不赚钱，这意味着第一种和第二种之间的差异将继续扩大，除了第一种产品外，其他差异可能长期存在。

为什么国家不能联合国内最先进的企业研发光刻机?

光刻机基本算是目前世界上科技含量最多的科技产品了，中国可以生产光刻机，但是想生产最先进的光刻机，就不是国内企业可以做到的了，最先进的光刻机凝聚了全球制造业大国的最尖端的科技，可以说是全球科技大国的共同产出品，简单依靠中国国内的科技水平远远无法达到。

芯片是半导体行业的核心，制造芯片复杂而且漫长，提炼高纯硅单晶片、制造前端芯片构建、后端封装测试等。需求经过上千道工序重复制作，涉及50多个行业制造，上千台设备配合完成。

中国无法制造光刻机的技术难度：

1、光刻机的技术难度在于“技术封锁”，一台顶级的光刻机关键设备来自于西方发达国家，美国的光栅、德国的镜头、瑞典的轴承、法国的阀件等，这些顶级零件对中国是禁运的。所以，ASML曾说“即便给你们全套图纸，你们也造不出来”。

2、光刻机是“人类智慧集大成”的产物，环顾全球，最先进的7nm EUV光刻机只有荷兰的ASML（阿斯麦）能够生产，超过90%的零件向外采购，整个设备的不同部位同时获得了全世界最先进的技术，因此可以在日新月异的芯片制造业取得竞争优势。

3、最顶尖的光刻机 *** 了很多国家的技术支持，德国为ASML提供了核心光学配件支持，美国为ASML提供光源支持及计量设备的支持，ASML要做的就是做到精确控制，7nm EUV光刻机包含了5万多个零件，德国的蔡司光学设备不精准，美国的Cymer光源不精，都可能造成很大的误差。

4、与德国、瑞典、美国等一些西方国家相比，我国的芯片制造以及超级精密的机械制造方面不具备什么优势，没有超级精密的仪器，自然就很难造出顶级的设备，无法造成顶级的芯片。最关键的是，这些超级精密的仪器根据《瓦森纳协定》对中国是禁运的。

国产光刻机的“差距”：

目前国内技术领先的光刻机研制厂家是上海微电子装备有限公司，可以稳定生产90nm制造工艺的光刻机，相比ASML的7nm制程差距还是比较大，国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。同样正是SMEE推出90nm制程的光刻机后，ASML对中芯国际的7nm光刻机订单放行。

中国无法购买光刻机的原因：

1、只有投资了ASML的，才能获得优先供货权，而英特尔、三星、台积电拥有ASML很大的股份。ASML的高端光刻机产量有限，2018年18台，2019年30台，其中台积电获得了18台，我国的中芯国际1台。

2、《瓦森纳协定》的限制，瓦森纳协定有33个成员国，中国不在其列，主要目的是阻止关键技术和远见流失到成员国之外，在半导体领域，受限于该协定，在芯片制造、封装、设计等方面，我国一直无法获得国外最新的科技。

光刻机为什么中国做不出来

总结下来，主要有以下几点：

1、技术上壁垒高。

ASML总裁Peter Wennink也在媒体上方言：高端的EUV光刻机永远不可能（被中国）模仿。

“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。以蔡司公司为例，为我们生产镜头，各种反光镜和其他光学部件，世界上没有一家公司能模仿他们。此外，我们的机器完全装有传感器，一旦检测到有异常情况发生，Veldhoven总部就会响起警报。”

2、长周期投入。

光刻机是典型到极致的高风险、高投入的赛道，前期的投入很高收益很慢，有时候身体要贴钱投入。从ASML的研发投入基本达到15%以上，有时候全年负增长也是常态。

据一位在ASML工作的知乎作者@俗不可耐透露：“ASML的EUV光刻机才真正开始盈利”，而ASML在这项技术上投入的时间是27年。试问有多少企业可以做到。

3、更换供应商成本太高。

买到一台机器和用好机器是两码事。ASML极紫外（EUV）光刻机每台售价达到1.2亿美元，重达180吨，零件超过10万个，运输时能装满40个集装箱，安装调试时间超过一年。除此之外，磨合与提高良率都需要时间堆砌，只要没有大的技术变革，厂商们不可能轻易放弃ASML当其他厂商的小白鼠的。

台积电（占据全球晶圆代工的大半壁江山）、三星、英特尔、格罗方德包括国内的中芯国际都是ASML的客户，其中三星、英特尔、格罗方德还是ASML的股东，三大巨头转投其他家的可能不大。

光刻机之所以重要，在于它是实现摩尔定律的基础：

摩尔定律指出集成电路上能被集成的晶体管数目，将会以每18个月翻一番的速度稳定增长。可以把晶圆的整体构造想象成在微观世界构建大楼，如果想让整个建筑有更多的小房间可以容下晶体管，这就要求房屋的整体框架要精细再精细。反映到光刻机上就意味着它投射到晶圆上的尺寸越小。

EUV光刻机代表了大厂在先进制程方面的领先性，目前只有荷兰ASML一家能够提供可供量产用的EUV光刻机。各大Foundry厂和IDM厂在7nm以下的最高端工艺上都会采用EUV光刻机，客户以英特尔、台积电、三星、SK海力士为主。

ASML在2019年出售了26台极紫外线(EUV)光刻设备，大概一半供给了台积电。

为什么我们造不出光刻机？去买一台别人的，然后拆开，看看是什么零件造的，仿制一台不就行了吗？

光刻机对于芯片生产的重要性不言而喻，为攻克芯片卡脖难题，国内掀起一股自研光刻机的热潮。殊不知，光刻机，尤其是EUV光刻机的制造难度，已经超乎绝大部分人想象。



公开图纸也不怕山寨

在全球光刻机市场，ASML无疑是霸主般的存在。针对奇特企业仿制ASML光刻机的问题，ASML总裁Wennink曾公开回应，高端的EUV光刻机永远不可能被模仿。

此前ASML甚至还放出豪言，称即使把图纸公开，也不怕EUV光刻机被山寨！这不禁令人疑问，EUV光刻机到底有多难制造？ASML又何来的自信？



要知道，生产EUV光刻机需要依赖的并不是单一的技术，而是需要各学科和应用工程的交叉。作为半导体领域最为复杂的核心设备之一，EUV光刻机有超过10万个零件，纵使是行业霸主ASML，也需要数千家公司提供帮助。

因此，EUV光刻机的自主研发，绝不是国内半导体领域在短时间内可以攻克的难题。而ASML多年积累的系统集成优势，也是其可以不畏惧公开图纸的主要原因。



中国院士实话实说

芯片国产化大潮之下，关乎攻克芯片生产核心设备呼声越来越高，光刻机自然也位列其中。在国内，关于是否要投入大量资源研发EUV光刻机的讨论一直都在。

在2021数博会上，吴汉明院士专门针对此事发声，表示仅靠一个国家就生产EUV光刻机的想法并不现实，这无疑给国内不少自研EUV光刻机的支持者“泼了冷水”。



不过笔者却认为，吴汉明院士所说属于事实。EUV光刻机的每一个零部件，都已经达到了行业内的顶尖水平，比如美企提供的光源、德企提供的光学系统等，仅凑齐这些业内顶级资源，便已是难上加难。

且EUV光刻机的研发需要较长的周期，国内的技术水平、人才储备等本就与国际巨头有着较大差距，冒然进行EUV光刻机的研发，也只能撞个头破血流。



因此，脚踏实地、循序渐进才是国产光刻机实现进步的主要途径。目前，上海微电子已经在着手研发28nm光刻机。

虽然28nm光刻机与ASML最新设计的1nm光刻机有较大差距，但在国内企业不断扩产成熟工艺制程的今天，中低端光刻机研发的稳打稳扎，或许更具意义。

随着上海微电子等国内企业的持续努力，国产光刻机的性能将不断提升，在高端领域取得突破也不是不可能。