中国芯片最大痛点：光刻机为啥这么难？

芯片和光刻机，痛点和难，几个关键词组成的一个问题，充分说明了自从美国宣布制裁中兴，到后来的制裁华为，再到后来增加的一系列实体名单，让芯片国产化变成了异常热的一个话题，国产芯片成为中国人的“芯”坎儿，让生产芯片的光刻机更成为似乎比研制导弹原子弹更难的科学课题之一。

这个问题，还让我想起了不久前的一则新闻，虽然后来证实这是个假新闻——

在2020年2~4月间，不断有网传新闻称中科院以设计出2纳米芯片，甚至更有媒体误传成中科院以生产处2纳米芯片。

事实的真相是中科院的科学家们实现了生产2纳米芯片的关键技术突破——成功研发出了生产2nm及以下芯片工艺所需要的新型晶体管——叠层垂直纳米环栅晶体管。

那么，这个叠层垂直纳米环栅晶体管和2纳米及一下机芯片有啥关系呢？

对于半导体行业来说，芯片是有一个个晶体管组成的，或者说晶体管是芯片的一个单元元器件。

但是，这些晶体管不是简单地堆积罗列在一起。

至于我们常说的7nm、5nm、2nm的芯片是指晶体管与晶体管之间的距离为7nm、5nm、2nm，晶体管之间能在头发丝的千分之一、万分之一的距离上实现几十亿晶体管“部署”，并保证良品率，可见难度极大。

一般来说，芯片制造分为前段设计和后端制造，题主这个问题的提出，正是暴露出了中国芯片制造的问题要比芯片设计的问题更多。

在回答问题之前把中科院的这个叠层垂直纳米环栅晶体管问题，是想说其实中国在芯片设计上，问题并不像光刻机那样显得那么难。

因为——

目前，紫光展锐、华为、中兴通讯都实现了7纳米芯片的设计，但依然需要与三星或台积电合作。

譬如，来自中芯国际的新闻就说，中芯国际已经绕过兰ASML公司光刻机的专利，并能成功制造出7纳米芯片，在今年年底即将量产。

而且，有一些芯片中国还不能独立设计出来，或者设计出来在性能上不如外国的。

芯片设计属于半导体产业生态中极为重要的一环，同等重要。

尽管7纳米芯片与外国企业合作设计出来了，但是如果要国产化，中国企业却造不出来，为什么？

因为中国没有能够制造7纳米芯片的设备——7纳米芯片光刻机。

相信会有人说那，中国现在技术已经比较发达，造一台7纳米芯片光刻机不就行了吗？像制造歼20一样。

对不起，中国造不出来。

为什么？

好，说到光刻机，我们先说下，这个光刻机是做什么的？

光刻机，是把电子元器件，也就是刚才说到的晶体管，几纳米几纳米的晶体管，几个亿或几十个亿的电子元器件刻出来，这是最关键的一道工序。

目前只有荷兰ASML能生产的光刻机也在5纳米制程上。

像文首假新闻称的中科院能够制造出2纳米的芯片，目前在全球，还未能有一家企业或国家能做出来。

既然说到荷兰的ASML公司，在半导体行业或芯片制造光科技上很先进，到底有多先进呢？

我们必须回顾下荷兰的ASML公司历史。

荷兰的ASML公司，并不是荷兰这个国家的公司，而是集全球半导体行业设计、制造和材料行业所有产业链最前沿最高端最先进的公司作为股东成了的一家公司，为半导体生产商提供光刻机及相关服务。

TWINSCAN系列是目前世界上精度最高，生产效率最高，应用最为广泛的高端光刻机型。目前全球绝大多数半导体生产厂商，都向ASML采购TWINSCAN机型，像英特尔、三星、海力士、台积电、中芯国际等。

而且，全球只有ASML有能力生产能力制造和出货EUV光刻机，尼康的最高技术水平还停留在ArF氟化氩沉浸式光刻机。

EUV光刻机一台可以销售1.5亿美元左右，而沉浸式光刻机一台才几千万美元，相差一大截子。

问题是，其他企业像ASML都买到了，单单中国的中芯国际遭到了拒绝。

2018年，中芯国际曾向荷兰ASML公司订购两台光刻机，可直至今日，这两台光刻机依然不见踪影，其给出的理由是未能取得荷兰政府的同意，什么未能取得荷兰政府的同意，大家都能明白，其众所周知的原因肯定是背后的美国。

就像当年中国要与欧洲共同打造伽利略导航系统一样，但结果确实中国只能支付巨资使用，却不能参与技术，也和当年以色列售卖给中国无人机一样，最后的结果都是未能交付。

有人这样形容光刻机产业——人类工业皇冠上的明珠。

这不是没有道理的，因为——

光刻机是一种集合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域顶尖技术的产物。

一辆汽车的零件，约有20000个。而一台光刻机呢，据说有10w个零件。

光零件多还不算，更为关键的是，它集合了全球最高端做前沿的材料技术。

拿最先进的ASML极紫外光EUV光刻机为例，在这台尖端光刻机上会看到全世界各国顶尖技术的荟萃：德国提供蔡司镜头技术设备，日本提供特殊复合材料，瑞典的工业精密机床技术，美国提供控制软件、电源等等等等。

问题是，提供这些设备啊、材料啊、机床啊、软件啊的公司，几乎都是ASML的股东，简单说，ASML的股东是光刻机制造业相关配套技术和设备供应的最高境界。

简单说，EUV光刻机的生产是全球技术合作的产物，世界上任何一个国家都不具备单独生产这种光刻机的技术和能力。

看到这里，相信都理解了为什么美国要限制中国使用光刻机和芯片技术，美国是用全球合作的最高端技术实现对中国的封锁。

所以生产7nm、5nm芯片的光刻机，目前中国确实制造不出来，也不具备这样的能力。

这个问题，我想用两个图表来说明——

上图是2019年全球半导体产业链价值分布概览。设备制造（光刻机光刻胶等）中国大陆的份额只有2%，其他地区中包括欧洲，日本，韩国，中国台湾占到了51%，美国占到47%。

我们再来看设备制造中具体有哪些公司。

中国只有中微半导体和北方华创还算可以，但这两家公司不是造光刻机的。

荷兰在半导体设备制造方面是真的强，ASML吃掉了全世界光刻机市场的95%，佳能和尼康一般也不外卖。

中国光刻机，目前的最先进水平，应该是上海微电子的能制造28nm制程芯片的duv光刻机，有潜力做到7nm制程，但需要其他领域的配合。

至于说到其他领域的配合，偏偏，在光刻机领域上，中国存在着诸多领域的短板。

ASML的成功是全球顶尖产业链的几盒融合。

佳能，尼康做了相机那么久，最后都退出EUV的研发，国内光学基础本来就不好，在激光器，镜头方面跟国外差距还很大，短时间内很难追上。

光刻机，其零件基本都是精密度很高的，通常只有欧美日的老牌企业才能制造出来，卖给我们。

现在的问题是，即使中国设计出高端光刻机，制造光刻机的精密零件也得不到。

那就研制这些高精密度的零件吧，相信三年不行五年，五年不行十年，总能调试出来的。

虽然出来了仍然会落后，但由于摩尔定律的限制，总有一天会追上国际先进水平的。

到达到国际先进水平的时候，也许总研发资金千亿以上了，考虑到时间成本，上万亿也可能。

就说中国的北斗系统，不也是经过十几年三代科学家才搞成功的么？

北斗投入要多大？

再说，在卫星和航天领域，中国本就比较先进。

但在孤傲高科技领域不是。

话再说回来，即使高端光刻机研制出来，市场也小啊，只能销售给有限的几个企业。

为什么全球国家联合起来组建一个荷兰的ASML公司，也许也是因为产值、市场不大的原因，否则基于美国、日本的技术，不会不倾一国之力搞出来。

好了，终于花费巨资研究、设计、生产，搞出来了，但一年的需要量，可能就几十亿的产值。

完全自主研发高端光刻机，必然是个巨亏的生意。

再说，中国制造的光刻机，还面临着诸多专利技术的限制。

相信依靠我们自己总有一天，能制造出来自己的光刻机，但任重道远。

最后感谢题主。

中国芯片最大痛点：光刻机为啥这么难？

光刻机应该不是中国芯片的最大痛点。分明是含有美国技术的代工嘛。据报道，国内现有代工厂无一不是这样，都不能让华为芯片设计在自己那里变为产品。

自主研发国产光刻机分明有啊。上海微电子早就可以实现90nm光刻机的生产。倒是像军民用飞机的航空发动机一样，光刻机虽然有，我国是世界上极少数拥有的国家之一，已经了不起，却与全球顶级有着很大的差距，痛是痛着，但不是最大的痛，因为不像国内代工厂们，自己不仅为技术水平是低端的而痛着，更由于被美国管制得死死的即“形有却实无”而痛着，还让本是芯片设计技术为世界先进的同一国兄弟企业为孤立无援而心痛着。

据报道上海微电子将在2021或2022年推出28nm光刻机。也有人说不叫28nm光刻机，而是193nm浸入式光刻机，193nm是光源波长，极限工艺是7nm。反正将是又进一步，并且，荷兰ASML是集全世界之力搞出全球顶级的，我国则是在被封锁相关技术的情况下单独搞出来的，而拥有了低端的就会拥有高端的，最重要的是走上了自主研发的道路，这分外珍贵，也大有前途。

国产顶级光刻机制造的最大难点在于国内还制造不出顶级零件。顶级光刻机必须通过整合那些相关顶级技术和零件才能实现是已知的，这是ASML的既有模式和成功经验。整合应该是相对容易的，然而，我国的镜头、光源、材料等等配套企业在技术水平上却还不是世界顶级的，这是光刻机这个痛点持续存在的根本因素。

一国单独造出顶级光刻机还没有先例。世界顶级的光刻机技术和零件配套企业都是谁是已知的，却又知道不会给我国提供配套，我国只能单打独斗，这也就表明我国注定是发展慢于ASML的，尽管技术都是什么、复杂在哪里也是已知的，国内配套企业就是难以很快提升技术水平，同时，显然表明达到高端只是个时间问题，这符合科技研发的普遍规律。这一切都跟我国的航空发动机特别像。早就听说ASML讲过即使我国企业拿到图纸也造不出顶级光刻机，此话肯定太离谱了，我国的上海微电子及其配套企业一定会堵住ASML的嘴。

已有的光刻机特别是将有的技术更进一步光刻机应该就能让华为摆脱美国切断国内外代工渠道所致的困境。如果连中芯国际都代工不上华为芯片，华为大不了自己购买和使用上海微电子最新推出的光刻机，实现自己设计、自己制造，虽然只能暂时生产出中低端芯片，却也是有路可走，立马打破了美国政府的阻遏。

回答完毕，感谢题主！

中国芯片最大痛点：光刻机为啥这么难？

你好，光刻机是芯片制造的核心设备，在工业领域，最难的不是芯片设计，而是芯片制造，用的就是光刻机。

有一位美国工程师表示，光刻机的一个零件调整多达数十年之久。

目前荷兰的ASML最先进的光刻机，集成了大量的来自德国美国日本等最先进的技术，比如光刻机的光源设备主要来自美国的Cymer公司，镜头则来自于德国蔡司。

• 按照业内人士的说法，也就是说光刻机的零件几乎都是定制的。其中超过90%是使用了世界最先进的加工技术，甚至一些接口都要工程师用高精度机械进行打磨，尺寸调整次数可能会达到百万次以上的。

用光刻机做出一个芯片大概需要3000工序，由于每一步都是“硅上雕花”，有一定的失败率，三千步下来，要让最终成品合格率高于95%，每一步的失败率必须小于0.001%。

目前全世界能够生产高端光刻机的只有三家，分别是荷兰 ASML，日本的尼康和佳能。

关键是在新一代的光刻机技术研发烧钱太大，尼康和尼佳已经都放弃了。

也就是说，到了最后，荷兰ASML一家独占了全球光刻机市场的85%，利润的107%。

其实在2012年，荷兰ASML研究最新光刻机没钱也想放弃的，结果等着光刻机续命的企业，比如intel、三星、台积电从家里拿来大几十亿美元支持 ASML，最终造出了能够制造7nm制程芯片的光刻机，每台还能售卖1亿美元。

一亿美元的确很贵，可是事关卡脖子，我们也不差1亿吧，关键是有1亿也是买不到，才是最大的问题。

• 那是因为1996年，美国挑头签署的《瓦森纳协定》。瓦森纳协定本名叫“瓦森纳安排机制”。

这个协议简单的解释就是美国带着他的小伙伴们不把技术卖给其他国家，其中中国就是没被安排到了。

因此，属于荷兰ASML股东的台积电想要买几台就几台，但是大陆的中芯国际据说想要订一台7nm光刻机，到现在还没有能拿到出口许可证，说白了就是美国在作祟的。

目前中国最牛的光刻机生产商就是上海微电子装备公司，他可以做到最精密的加工制程是90nm，这个就是相当于2004年最新款的intel 奔腾四处理器的水平。

• 虽然，这个90nm与荷兰AsML的7nm制程真的是千差万别的，不过我们也还是不能小瞧这个90nm的制程能力。

因为上海微电子的光刻机已经能够足够驱动基础的国防和工业，哪怕是面对“所有进口光刻机都瞬间停止工作”的这种极端情况下，中国仍然有芯片可用。

• 在这种情况下，即使美国采取各种手段来实施“断供”也还是达不到彻底的打压效果，最大的作用其实就是双方的“谈判筹码”。

当然，光刻机的差距虽然很大，我们也正在举国之力实施科技兴国来攻破这道防线，只是要有一定的时间周期而已。

中国芯片最大痛点：光刻机为啥这么难？

中国芯片最大痛点：光刻机为啥这么难？科学建模认为其实不能简单地问制造光刻机这么难，因为答案是：“每件事情做好了都很难”，今天我们就来聊聊光刻机。

最近芯片光刻机成为科学界讨论的热点，台积电无法再为华为量产芯片，背后关键是荷兰阿斯麦ＡＳＭＬ的EUV光刻机受到美国的限制，不能再为华为提供服务。

国产光刻机因此被提上了台面，我们自然要问，制造一台光刻机是不是很难，有多难？我们国家卫星导弹等航天科技都位列前三，为什么光刻机却造不出来，光刻机难道是世界上最难造的东西吗？

显然不是，不同领域的产品技术都有自己的复杂性和技术门槛，不能说谁就比谁复杂，他们之间不具备可比性，这牵涉到不同行业的可比性问题。

就好比说汽车发动机难造吗？为什么这么多年国产发动机还不能与欧美日相抗衡？是不是汽车发动机比飞机导弹更复杂更难造呢？显然不是，那么背后的原因是什么？

再比如，我们之前圆珠笔的滚珠全部需要进口，国产滚珠造不出来，制造圆珠笔的滚珠有多复杂？为什么我们造不来？这样的例子太多太多，已经问不过来了。

现在是科学技术大融合大发展的时代，每一个行业、每一个产品线都有一个世界第一，每一个世界第一都有自己的独门秘籍，很难复制，更难超越。

比如在最传统的汽车制造领域，最快速的变速箱技术在欧洲F1车队和制造商那里，但最经济效用比的变速箱在日本，你说谁比谁先进或复杂，不好比，都很难。

他们有不同的度量标准，一个是快、马力强劲，一个是省油、平顺、无故障、好维护，你在其中任何一个领域做到了极致，都可以独步天下。

同样，光刻机领域也是如此，只是碰巧荷兰ＡＳＭＬ的EUV光刻机掌握了核心技术，一举夺得天下光刻机第一把交椅，把原来日本的佳能尼康挤到了后面，成为了不可复制、无可争议的霸主。

芯片制造光刻机利用激光在硅晶圆片上把设计好的电路和器件刻出来。现代CPU设计在一个小小的芯片上需要刻上几十亿上百亿的逻辑器件。

比如Intel 10纳米芯片每平方毫米上达到1.08亿个逻辑器件。华为2019年宣布的5nm制程麒麟人工智能芯片号称每平方毫米1.7亿个逻辑器件。

它之所以能够超过Intel制程下的芯片密度，提供更强大的算力，背后靠的正是荷兰ASML的ＥＵＶ极紫外光刻机。

然而，在２０００年之前，荷兰ＡＳＭＬ公司的光刻机并没有占据光刻机市场的主要份额，那时市场是日本尼康的天下。但是，就在２００６年，台积电的林本坚找到了ＡＳＭＬ一起做沉浸式光刻机（ＤＵＶ），而此前尼康对此并不感兴趣。

ＡＳＭＬ慧眼识珠，立刻开展了ＤＵＶ的攻关，推出了第一台沉浸式光刻机，由于沉浸式光刻机性能远超尼康的干式光刻机，很快ＡＳＭＬ便抢占了大量的新兴市场，成为移动计算时代的CPU量产主力。

但这还没有结束，２０１０年，美国的一批芯片研发制造企业，因特尔、ＡＭＤ，ＩＢＭ等联合成立了ＥＵＶ联盟，极紫外光刻机联盟，成员包括了几乎所有美国顶尖的芯片制造企业，旨在推动极紫外光刻技术标准。

ＡＳＭＬ那时并不是联盟成员，但ＡＳＭＬ迅速看到了ＥＵＶ技术的巨大潜力，于是费尽心思寻求加入联盟。

此时的尼康已经无力回天，被ＤＵＶ吊打了多年，彻底与ＥＵＶ技术无缘，被排除在ＥＵＶ联盟之外，只能抱收残缺，维护以往的老系统成了尼康的主业。

为了加入联盟，ＡＳＭＬ签下了美国商务部制定的诸多苛刻的限制性条款，比如每年定期审查，必须进口美国元器件，以及缴纳大量的专利费等等。

那么为什么美国ＥＵＶ联盟需要荷兰的ＡＳＭＬ加入呢？这其实也是无奈之举，虽然ＥＵＶ技术是美国主导研发创新出来的，但是光刻机的核心技术：光学系统却不在美国，而在欧洲和日本。

ＡＳＭＬ在ＤＵＶ时代就与德国光学巨头蔡司光学绑定，而日本的尼康就不用说了，本身就是世界最顶级的专业光学器件研发制造企业。

美国虽然在ＥＵＶ原理上创新，但是光学镜头造不出来，必须要用欧洲或日本的光学系统，这样一来，ＥＵＶ联盟就必须要做出权衡，是选择欧洲的光学技术还是日本的光学技术作为交换。

答案很显然，那时的尼康由于错过了ＤＵＶ技术路线，全面走下坡路，只能选择荷兰的ＡＳＭＬ加入ＥＵＶ联盟。

这样，一是可以让EUV技术得到发扬光大，二是可以获得光学系统的核心技术，帮助美国本土芯片企业提升制造竞争力。

但有意思的是，EUV联盟似乎并没有如愿得到德国的光学技术。

EUV联盟的老大Intel在制程上现在已经落后于ASML，可见，光路系统对于光刻机有多么的重要。

更要命的是，EUV联盟允许ＡＳＭＬ收购了EUV技术的核心光源设备厂，这就等于把降龙十八掌的秘籍全盘都给了ASML。

有了EUV联盟的授权和光源技术，ＡＳＭＬ如鱼得水，凭借自身在DUV技术上的积累，以及蔡司光学的加持，很快今天ASML成为独霸天下的光刻机制造商。

从ASML的成长历程看，首先ASML的技术战略眼光非常的独到，能够在DUV和EUV的技术路线上踩准点，及时跟进。

反观尼康由于错过了DUV技术而一步错，步步错，最后终于彻底被淘汰，而这一切只不过是几年间的光景而已。

ＡＳＭＬ是不是就靠一己之力成就了今天的全面领先呢？显然也不是，没有蔡司光学就没有ASML，没有台积电的林本坚就没有ASML的DUV技术，没有美国EUV联盟的Intel，AMD，IBM等，以及EUV光源，更没有今天的ＡＳＭＬ。

所以，荷兰ASML实际上是一名顶尖技术的集大成者，才有了独步天下的能力。

如果现在没有蔡司光学，没有美国EUV联盟授权，ASML倒下去也是分分钟的事情。

但这恰恰是ASML明智的地方，与EUV联盟的深度绑定，我倒下去了，EUV联盟也就没有存在的意义的。

ASML的成长可以看出，现代社会，高技术进步已经不是一家公司能独自为之的了。

技术发展扩散，世界级分工，每个人可以专心于其中的一个关键点攻关，通过全球合作来实现推进技术进步，背后是各个专业领域的企业几十年的积累打造。

所谓的一家独大或垄断，也只是它站在台前，曝光率高而已。华为也是如此，没有了台积电，也将面临巨大的挑战。

那么就事论事，光刻机到底难在哪里？从ＡＳＭＬ的成长我们可以看到，其核心技术主要在两点：

（1）光路：由高精度镜片组成的光路系统，长期与世界顶级的蔡司光学合作，打造的世界上最稳定的高精度光路系统是ASML最核心的技术之一，需要解决：地球震动，空气扰动，地球磁场，万有引力，量子效应等影响光路稳定性的各种因素，绝非易事。

（2）光源：EUV也好，DUV也好，激光发射器至关重要，功率频率精度、稳定性都是决定光刻精度和质量的关键。保证光源不衰减，光源频率和强度稳定到纳米级（频率和强度变化都会影响光刻的深度、宽度），谈何容易。

这两点是世界级的工程和科学的难题，不在于零件的复杂程度和多少，而在于如何保障零件的精度和稳定性。

对于绝大部分工业国家来说，比如美国，英国，和我国，就专业镜片制作这一条，迄今为止仍无法与德国和日本抗衡，这里面涉及到材料、研磨两大技术难题：

（1）选择什么材料和添加剂加入玻璃使镜片的光学性质达到特定指标。

（2）如何研磨镜片，使镜片的光学曲率性质达到特定指标。

这两项说难不难，说简单，迄今为止就是德日两家能做，背后是几十年的经验和核心商业机密，所以想复刻光学系统，难上加难。

但是，弯道超车不是不可能，ＡＳＭＬ当年就是弯道超车了尼康，靠的是台积电林本坚在DUV技术上的突破，当然也离不开德国蔡司。

所以，想要达到或超过EUV技术体系，只有在新一代光刻架构或计算架构上突破，或有可能。

否则，ASML背后是美国EUV联盟，是整个微电子集成电路最顶尖的机构，有近100年代的技术和知识积累，超越也好，替代也好，在短期内并不现实。

大科技时代，具备长远的战略规划和战略眼光，同时扎扎实实潜心做好自己的最擅长的事，才能是通向成功之道。

中国芯片最大痛点：光刻机为啥这么难？

光刻机又称掩膜对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，是利用紫外线通过模板去除晶圆表面的保护膜的设备，目前最好的光刻机是荷兰ASML生产的EUV光刻机。

光刻机制造难度极高，基本代表人类科学技术、工业制造的最高成果。其中难度最大的是镜头和光源。

光刻机的镜头采用蔡司技术，蔡司是德国历史悠久的光学仪器厂商，其产品向来是“高贵”的代名词。同样的一个镜片，不同工人打磨，光洁度相差十倍。镜片材质均匀，更需要几十年甚至上百年的技术沉淀。光学镜片的进步是异常艰难的。

光刻机的光源使用波长极短的极紫外光，该技术是使用激光产生等离子源产生13nm的紫外波长。这种光源工作在真空环境下，产生紫外波长，然后由光学聚焦形成光束，光束经由用于扫描图形的反射掩膜版反射，由于极紫外光的固有特性，产生极紫外光的方式十分低效。能源转换效率只有 0.02% 左右。

还有光源曝光头、真空管路系统、七路系统、真空泵等等全都是当今世界上最精密的仪器，要把这些精密仪器组合在一起而且误差接近于0，其难度可想而知。

光刻机制作芯片的工作，比米粒上刻清明上河图还要难，而且还要在真空环境中，移动状态下。

最要命的是光刻机设备和零部件对我国是封锁的。也就是制作一台光刻机，要全世界高精端设备公司最好的产品组合在一起，如果一个国家要制造出全部零部件，目前看不可能。

中国芯片最大痛点：光刻机为啥这么难？

光刻机市场目前几乎被荷兰ASML、日本尼康和佳能、中国上海微电子四家所把持。其中，荷兰ASML占据了高端光刻机市场份额，目前最高可达到2nm制程，日本尼康和佳能处于中低端市场，而上海微电子目前只有低端光刻机市场，上海微电子的光刻机目前只能实现90nm工艺制程，据称在2021开始推出28nm制程光刻机，差距还是不小的。

半导体芯片产业链分为IC设计、IC制造、IC封测三大环节。光刻的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上，是IC制造的核心环节，光刻工艺定义了半导体器件的尺寸，是芯片生产流程中最复杂、最关键的步骤。

光刻工艺难度最大、耗时最长，芯片在生产过程中一般需要进行20~30次光刻，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%，成本极高，约为整个芯片制造工艺的1/3。

光刻机是光刻工艺的核心设备，也是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备。光刻机作为前道工艺七大设备之首（光刻机、刻蚀机、镀膜设备、量测设备、清洗机、离子注入机、其他设备），价值含量极大，在制造设备投资额中单项占比高达23%，技术要求极高，集合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域等多项顶尖技术。光刻的工艺水平直接决定芯片的制程和性能水平。

光刻机是人类工业文明的智慧结晶，全球工艺集大成者，被誉为半导体工业皇冠上的明珠。

高端光刻机集合了全球各国最顶尖的科技，如：德国的蔡司镜头技术、美国的控制软件和光源

、日本的特殊复合材料等。

ASML的成功是全球顶尖工艺的汇集和芯片代工企业在生产实践中的不断验证和强化。光刻设备的难点如下：

一、在ASML的光刻机中，光源需要以每秒五万次的频率，用20kW的激光来击打20微米的锡滴，使液态锡汽化为等离子体，从而产生极紫外光(EUV)。

二、ASML的EUV光刻机需要实现13纳米以下的分辨率。

三、ASML无尘室内的空气比外部干净1万倍，为了实现这个目标，无尘室的通风设备必须每小时净化30万立方米的空气。

四、在ASML的高数值孔径EUV设备中，为了能精确达到10纳米以下的线宽以及1纳米以内的套刻精度，聚焦反射器必须非常平整。

蔡司是光学和光电行业国际领先的科技企业，研发并销售半导体制造设备、测量技术、显微镜

、医疗技术、眼镜镜片、相机和摄影镜头、望远镜和天文馆技术。在半导体制造设备领域，卡

尔蔡司在光刻领域提供了主流193纳米光刻光学系统和极紫外13.5纳米光学系统。

EUV光刻机的镜片便是以蔡司技术打底，Carl Zeiss（卡尔蔡司）是光学及光电子学领域的绝对权威，长期以来为ASML的光刻设备提供最关键且高效能的光学系统。

光源则是高端光刻机另一核心部件，光源波长决定了光刻机的工艺能力。光刻机需要体积小、功率高而稳定的光源。如EUV光刻机所采用的波长13.5nm的极紫外光，这在光学系统中是极为复杂的。

2013年ASML收购了全球领先的准分子激光器厂商Cymer，加速了EUV光源技术的发展，为光源技术提供了保障。

蔡司和激光光源代表着当今世界最高级别的工业技术，我们要制造出一流的光刻设备，必须要先拥有自主可控的光学镜片和光源设备，这需要我们在特定的基础学科和工艺水平提升上，努力很多年。

以7nm的极紫外线光刻机为例，分为13个系统，3万个分件，几百个执行器传感器，90%的关键设备来自世界各国的顶级企业，有德国的光学设备和超精密机械、美国的计量设备和光源设备，极紫外线光刻机要做的就是精明控制，作动时每一分都要精准，将误差分散到13个分系统中，如果德国的蔡司镜头不准、美国的光源不精，或者中间的协调机制出一点点差错都是难以想象的，可以说，光刻机本身就是一个超复杂思维决策系统。

ASML不断投入巨额研发费用，集合美国、欧洲的科研力量，推动了EUV光刻机的核心技术的发展。

ASML为了筹集EUV光刻机的研发资金，于2012年提出“客户联合投资计划”。客户可通过注资的方式成为股东后拥有优先订货权。这样一来，ASML的研发资金压力转移到了客户身上，客户需要为先进光刻技术的研发买单，但同时也会拥有对先进技术的优先使用权。

下游的晶圆代工厂商，如三星、intel、台积电，尽管都有获得最先进光刻机的机会，但是光刻机在不同厂商的芯片生产线上的表现差异还是极大的。

光刻机是高度定制设备，与晶圆代工企业的工艺设计和技术水平息息相关。所以，光刻技术的沉淀和发展，有来自下游厂家在一线实践中的经验总结和技术魔改的反向推动。

ASML能否一家做大，与它构建了由世界顶尖玩家组成的开放性研究网络，有很大关系，正是不断的顶级实践，才造就了今天的ASML，造就了今天的极紫外线光刻机。

2002年，国家开始重视光刻机的研发。至今18年的时间里，中国在逐步缩小和国际光刻机巨头的差距，路漫漫其修远兮，上海微电子带动了我国镜头、光源诸多等光刻技术相关企业开始崛起，我们正在追赶的路上，我们只能坚定不移、勇往无前。