国内唯一光刻机制造商落后15年，自研光刻机可能吗？

作者：二马路的冰

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光刻机是芯片制造九大核心设备之首，融合了超精密光学、自动控制、超精密机械、微环境超精密控制等40多个学科的最新成就，是所有半导体制造设备中技术难度最大、成本最高的设备，被誉为芯片制造业皇冠上的明珠。

当前全球能够制造芯片制造光刻机的企业，只有荷兰ASML、日本佳能和尼康和上海微电子四家公司。

荷兰ASML公司 图源：必应

其中，作为最先进的、5nm及3nm以下高端芯片制造不可或缺的EUV光刻机，只有ASML公司能够制造，单台售价约1.2亿美元。

ASML公司正在研发的、新一代EUV光刻机预计将于2025年推出，可以满足1nm高端芯片制造的光刻需求，其单台售价预计超过3亿美元。

ASML极紫外光刻机 图源：必应

在2022年11月5日的上海进博会上，ASML公司中国区总裁沈波表示：除了EUV光刻机，其他产品都可以正常供货给中国大陆客户。一般认为，EUV光刻机不能向中国大陆出售的主要原因是《瓦森纳协定》限制。

有关数据显示：在全球100强芯片厂商中，中国的芯片企业就占据42家，主要都是生产28nm以上的中低端芯片。

上海进博会 图源：必应

2018年4月，中国大陆芯片代工厂一哥，中芯国际公司曾向ASML公司订购了一台EUV光刻机，结果不了了之。

通常认为，中芯国际的芯片制造能力止步于14nm，最重要原因是无法从ASML公司购买到EUV光刻机。

20年前，中国专家

如何看待EUV光刻机的自研？

20年前，2002年12月，由中国科学院主办的《科学新闻》院士建议栏目刊登了中国科学院上海光学精密机械研究所王之江院士的文章，题目是“尽快开展极紫外光刻技术研究”。

当时，王之江院士指出：EUV光刻技术是以波长为11－14nm的软X射线为曝光光源的微电子光刻技术。

上海光学精密机械研究所 图源：必应

根据目前的光刻技术发展形势看，EUV光刻技术将是大批量生产特征尺寸为70nm及更细线宽集成电路的主流技术。因此，建议我国应尽快开展EUVL技术方面的研究：

1. EUV光刻机光源研究；

2. 全反射式离轴非球面缩倍投影光刻物镜研究；

3. 高精度高轴非球面反射镜加工、检测技术研究；

4. 极紫外多层高反射率光学薄膜制备技术研究。

王之江院士 图源：必应

当时，王之江院士指出：根据我们目前的财力和技术条件，可以选择其中的几个关键技术进行攻关，通过5年左右时间的努力，在EUVL成为半导体光刻技术的主流时，使我国在EUVL方面有某几种单元技术具备相当的国际竞争力。

当时，王之江院士认为：我国曾经组织过多种光刻机机型的攻关研究,但在产业化方面几乎无一成功。

除了投资力度小、国内光学精密机械制造业的整体水平相对落后外，最重要的原因是研究目标缺乏超前性和预见性，过去我们确定的光刻机攻关目标几乎都与当时国外已经商品化的机型相同。

EVUL光刻 图源：必应

国外已经可以批量生产的光刻机，我们要经过约5年时间的努力才能研究成功，而由于光刻机升级换代的速度相当快，这常常会使我们处于极为不利的境地，即刚刚研制成功的光刻机已在淘汰产品之列，或至少已错过了需求高峰期，不再是主流产品。

而且此时国外同类光刻机的售价大幅度下降,我们的光刻机就更无市场竞争力可言。

当时，王之江院士指出：所以通过这些攻关目标的实现,除了培养了一批相关的技术人员外,就是对国家财力和物力的浪费。

王之江院士的文章

王之江院士，物理学家，1930年11月生。

在光学设计方面，发展了象差理论和象质评价理论，形成了新的理论体系，完成了大批光学系统设计（如照相物镜系统、平面光栅单色仪、长工作距反射显微镜、非球面特大视场目镜、105#大型电影经纬仪物镜等）。

在激光科学技术方面，领导研制成中国第一台激光器，并在技术和原理上有所创新。70年代领导完成了高能量、高亮度钕玻璃激光系统。

第一台红宝石激光器 图源：必应

在这项工作中解决了一系列理论、技术及工艺问题。关于某些激光重大应用对亮度要求的判断，使工作避免了盲目性，对于中国激光科学技术起了积极作用。

倡议和具体领导了中国“七五”攻关中激光浓缩铀项目。对中国光信息处理和光计算起了倡导作用。

中国大陆是否有能力

摘取芯片制造业皇冠上的EUV光刻机明珠？

一台EUV光刻机重达180吨，关键零部件10万多个，超过2公里以上的软管，需要40个集装箱来运输。

EUV光刻机对光源发散度有着极高的要求，相当于用激光照射照到月球上，光斑尺寸不超过一枚硬币。

而且，EUV光刻机要求反射的镜子必须十分平整，相当于北京到上海做根铁轨，铁轨的起伏高度不能超1mm。EUV光刻机仅安装调试就需要一年左右。

EUV光刻机调试 图源：必应

作为全球唯一能够制造EUV光刻机的厂商，资本方面，目前ASML最大的股东持有者是美国资本国际集团，第二大股东也是来自美国贝莱德集团，第三大股东则是来自英国资产管理公司柏基投资。这三大股东合计掌握ASML近30%的股权。

美国贝莱德集团 图源：必应

供应商方面，ASML的供应商有5000多家，其中核心供应商约800多家。

EUV光刻机采用了各个国家的顶级技术，其中美国光源和日本材料分别占到了27%，德国光学系统占到了14%，荷兰腔体以及英国真空则占到了32%。因此，毫无疑问，ASML公司是一个“集大成者”。

2002年，全球第四、中国唯一的芯片光刻机制造商上海微电子装备有限公司总经理贺荣明带着团队来到荷兰南部靠近比利时边境的小镇费尔德霍芬，和ASML洽谈有关光刻机的技术合作。ASML公司的工程师表示:就算给你们图纸，也造不出来高端光刻机。

上海微电子 图源：必应

2007年, 全球第四、中国唯一的芯片光刻机制造商上海微电子装备有限公司研发出90nm光刻机。

公开资料表示，如今已过去15年, 上海微电子装备有限公司的光刻机水平依旧还是停留在90nm。有相关专业人士指出，中国大陆光刻机至少落后国际水平15年的时间。

毫无疑问，作为人类历史上最为复杂、售价最高的超高精度商用（非军用）设备之一，EUV光刻机10万多个关键零部件中，只要有一个零部件没达到标准，整个EUV光刻机就前功尽弃。

EUV光刻机生产其实考验的就是芯片装备产业链的综合实力，而这正是我国芯片产业链所欠缺的。

上海微电子光刻机 图源：必应

在2021年5月25日的2021数博会上，中国工程院院士吴汉明曾表示，光刻机是一个全球化的结晶，如果让一个国家或地区做一个光刻机是不现实的。

你怎么看待中国自研EUV光刻机这件事情呢？