美国再次阻挠，中国购买5nm极紫外光刻机无望，纯国产替代可能吗

如今，我国已经来到了改革开放的第33个年头，各个行业的建设与发展也得到了长足的进步。但是在这个过程当中经常遇到一些国家设置的障碍，所以我国只能自主探索，在借鉴其他国家经验的基础上，独立自主地进行创新。凭借自身百折不挠、艰苦奋斗的精神，我国的研究工作人员一次又一次刷新了记录、创造了历史，向全世界证明了我们的强大。

Tips：无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关联。

但是，在半导体行业，我国依然还未达到世界领先水平，这类高新技术一直是我们想要攻克的难题。前段时间，我国想要从荷兰购入极紫外光刻机，但是在美国的阻挠之下没能成功。面对这样的困境，我们要怎样才能解决？我国有可能使用国产的光刻机代替吗？

什么是极紫外光刻机

既然我们希望向其他国家购入极紫外光刻机，那么足以说明这种机器非常重要。实际上，光刻机是芯片制造的核心设备之一。按用途可分为芯片生产用光刻机、封装用光刻机和LED制造用投影光刻机。其中，用于生产芯片的光刻机是我国半导体设备制造的一个短板。我国的芯片制造厂所需的高端光刻机完全依赖进口，许多企业都会从荷兰进口光刻机用于芯片生产。

Tips：光刻机Mask Aligner，又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，是制造芯片的核心装备。

在高端光刻机方面，除了龙头企业ASML，尼康和佳能也做了光刻机，而且尼康也接到了英特尔的订单。但近年来，原本能够和ASML在高端光刻市场平分秋色的尼康，已经远远落后于ASML。即使尼康将自己出售的光刻机价格大幅度下调，但仍难以改变这种局面。

这是为什么？一方面，英特尔新任CEO上台后不再继续与尼康的合同，这让尼康失去了一个大客户。另一方面，也与尼康技术实力不足有关。尼康的光刻机和ASML相比有很多缺陷，比如操作系统架构等等，更何况，它的实际表现与官方宣传的相差甚远。台积电、英特尔、三星、格罗方德等大型芯片厂不可能为了省一点钱就来购买这种有缺陷的产品。

Tips：电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜集成电路。另有一种厚膜集成电路是由独立半导体设备和被动组件，集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。

目前，尼康在高端光刻机这方面基本败给了ASML。主流半导体生产线中，只有少数尼康或佳能低级旧光刻机还在使用，剩下的都是ASML光刻机。在这种情况下，尼康的光刻机只能通过超低的价格来抢占市场。资料显示，ASML的极紫外光刻机NXE 3350B售价超过1亿美元，ArF Immersion约7000万美元。相比之下，尼康光刻机的价格只有ASML的三分之一。

极紫外光刻机又被称为EUV光刻机，它应用到的技术会使用波长仅为13.5nm的EUV光。它能够刻出曝光板间距低于20nm的精细电路图案，这是传统光刻机无法做到的。在极紫外光刻机投入实际使用的过程中还需要多种元素技术，包括光源、光学器件、掩模、光刻胶和光刻工具。

Tips：光刻胶Photoresist，又称光致抗蚀剂，是指通过紫外光、电子束、离子束、X射线等的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料。

在这些元件技术中，最大的挑战就是产生13.5nm极短波长的强大EUV光束的技术。这种EUV光束可以从高温高密度等离子体中获取，而产生等离子体的方法有两种：一种是激光产生等离子体，通过将强激光束汇聚到特定材料上产生等离子体，另一种是放电产生等离子体，通过脉冲高电流产生等离子体。从等离子体射出的EUV光束会被聚光镜收集，然后落在掩膜上，最后，掩膜反射的EUV光束被投影光学器件曝光，在涂覆于晶片表面的光刻胶上形成图案。

Tips：等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。物质由分子构成，分子由原子构成，原子由带正电的原子核和围绕它的、带负电的电子构成。

如今，EUV光刻技术仍然处于开发过程中，预计会在几年内投入实际使用。大批量生产所需的输出功率为350W甚至更高。但是，目前用于生产的EUV光源的输出功率约为100W，还是处于较低水平。

美国阻挠我国购买极紫外光刻机

早在2018年开始，我国就一直希望能够从荷兰的ASML公司购入一台极紫外光刻机，这台光刻机重达180吨，价值1.5亿美元。但是一直到现在，我们都没能够收到货，究其原因还是美国在背后的阻挠。

Tips：荷兰猪一般指豚鼠。豚鼠Cavia porcellus，又名天竺鼠。豚鼠是无尾啮齿动物，身体紧凑，短粗，头大颈短，它们具有小的花瓣状耳朵，位于头顶的两侧，具有小三角形嘴。

我国现在的目标是，在2030年实现极紫外光刻机的量产并投入到使用当中。实际上，光刻机并不能以5nm、7nm这样的前缀简单概括。根据光源来划分，光刻机发展到现在已经经历了5个阶段，而在第4个阶段中的光刻机又分为两种，分别是第四代步进投影式光刻机，以及第四代浸没式投影光刻机。

第四代浸没式投影光刻机比第四代步进投影式光刻机的技术要更超前一些，第四代步进投影式光刻机在制作过程中只能把制造芯片的工艺节点精确到65nm，而第四代浸没式投影光刻机则能够超过这个限制，达到7nm的极限。能够做到这一点要归功于台积电的林本坚，是他提出了在光刻胶上加入一毫米厚的水，这样就能够通过折射把193nm的波长变成134nm。

Tips：林本坚专注于半导体制程中的微影技术的研发，带领团队创造出许多领先全球的技术，包括1.25微米、1微米、0.75微米、0.5微米、0.35微米的微影技术。

经过改良之后的第四代浸没式投影光刻机既能造出28nm芯片，也能造出7nm芯片。按照前文提到的命名标准，我们既可以说它是28nm光刻机，也可以说它是7nm光刻机，所以这种说法是不完全准确的。

我们国家想要购入的极紫外光刻机，则是拥有能够将极限提到1nm的技术。如果拥有了这样的技术，那么在光刻机整体的工艺水平突破这个极限之前，我们都完全能够跟得上世界前列的水平。但是目前，我国还只是掌握了第四代步进投影式光刻机的技术，而第四代浸没式投影光刻机都只是处在论证量产的阶段。

Tips：投影仪广泛应用于家庭、办公室、学校和娱乐场所，根据工作方式不同，有CRT，LCD，DLP等不同类型。

极紫外光刻机作为第五代光刻机，是我国准备重点攻克的下一个难题，已经有许多准备工作在进行当中了。而极紫外光刻机实际上和以前的传统光刻机在各个方面都存在着本质上的差别，不能用制造传统光刻机的思路和技术原理去硬套，对我国来说，这无异于在荒地上开辟出一条新的道路。

想要研发出极紫外光刻机需要克服很多困难，那ASML是怎么做到的呢？这就要细数ASML公司背后的那些大股东了。英特尔、三星、台积电等等，全都是世界文明的芯片大厂，这些企业不仅能够给ASML提供资金，还可以给予它技术与人才上的支持。

Tips：英特尔是半导体行业和计算创新领域的全球领先厂商，创始于1968年。如今，英特尔正转型为一家以数据为中心的公司。

而其中最为重要的极紫外光刻技术这一环，实际上是由英特尔和美国能源部带头进行研究的。当时，他们把摩托罗拉、AMD集合了起来，还同时联合了美国三大国家实验室以及数百位当时顶尖的科学家，成立了专门研究极紫外光刻技术的EUV LLC组织。这个组织的目的是从理论上来验证实现EUV光刻机量产的可能性，而ASML公司就是这个理论的实践者。在这个实践过程中，ASML公司能够得到全球最顶尖、最先进的设备零件。面对这样实力强劲的对手，我们现在所处的困境可想而知。

Tips：荷兰ASML公司 ，目前该全称已经不作为公司标识使用，公司的注册标识为ASML Holding N.V)，中文名称为阿斯麦尔（中国大陆）、艾司摩尔（中国台湾）。

因为种种因素，我们现在只能通过自己的努力来研发极紫外光刻机，所以进度非常缓慢。光刻机有三个核心的子系统，分别是工件台、投影物镜和光源。研发工件台的任务交给了华卓精科，并且已经成功掌握了之前仅有ASML公司掌握的双工作台技术。光源这方面的研发则是由中科院光电研究院负责，投影物镜是长春光机所负责。现在都已经有了不同程度的进展，让我们在研发极紫外光刻机的漫漫长路上看到了希望。

能够用国产光刻机代替吗

我国对极紫外光刻机的研究已经在进行当中，并且定下了2030年量产的目标。光是从数字上来看，似乎离我们并不遥远，但仔细一想，也还有整整9年的时间。在这段漫长的时间里面，那些需要高端芯片的产业依然无法解决需求问题。而且现在每个国家都在不断地进行研究，我们花费9年时间不知能否追上世界前列芯片技术的水平。

Tips：净月潭景区位于吉林省长春市东南部长春净月经济开发区，距市中心人民广场仅18公里，景区面积为96.38平方公里，其中水域面积为5.3平方公里，森林覆盖率达到96%以上。

面对死死咬紧极紫外光刻机不肯松口的美国，我们只能够把希望寄托于国产光刻机。这其实不是我国第一次面对这样的情况了，一直以来，我国在工业和军事等方面的发展就屡次受到美国的阻挠。但是面对困境，我国的人民一直以来都坚持着艰苦奋斗的精神，从来没有退缩过，这次也一样。

Tips：金门大桥Golden Gate Bridge，又称“金门海峡大桥”，是美国境内连接旧金山市区和北部的马林郡的跨海通道，位于金门海峡之上，是美国旧金山市的主要象征。

但在我国自主探索的道路上依然存在着一个难以避免的巨坑，那就是，如果我国研究出的光刻技术与ASML公司研究出的一致，那么这就代表之前所做的努力完全白费了。因为ASML公司已经为这种技术申请了专利，所以我们不仅要研究出极紫外光刻技术，还必须要研究出一种新的技术，否则依然是白费力气。

Tips：专利patent，从字面上是指专有的权利和利益。意为公开的信件或公共文献，是中世纪的君主用来颁布某种特权的证明，后来指英国国王亲自签署的独占权利证书。

但也不是完全没有好消息，现在世界上使用的主流芯片依然是10到20nm制程的，除了智能手机之外，其他地方使用的芯片都不需要太过尖端的技术，所以极紫外光刻技术的研发时间其实还没有那么紧迫。现在开始研发也不过是避免出现无法解决燃眉之急的情况，等到需要大范围使用精度更高的芯片时再进行研发自然晚了。早一天着手解决这个问题，我们就有机会早一点脱离这种被其他国家“卡脖子”的困境。

Tips：智能手机是具有独立的操作系统，独立的运行空间，可以由用户自行安装软件、游戏、导航等第三方服务商提供的设备，并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接入的手机类型的总称。

前面提到，每个国家都在加紧研发，当我们2030年研发出极紫外光刻机时，会不会已经和其他国家脱轨了？这一点其实不用担心，因为当芯片的精度越来越高之后，所需要的技术难度也会随之提升，而这个时候，处理器的换代速度也会减慢。ASML公司预计在2024年推出第二代EUV系统，在2030年实现能够造出1.5nm制程的芯片。所以，即便我国在2030年才研发出极紫外光刻机，也不会和世界主流之间产生过大的差距。

Tips：中央处理器central processing unit，简称CPU作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。

但是，芯片的生产线非常复杂，并不只有光刻机这一个环节的技术需要突破，像是单晶硅片制造、IC制造等步骤，依然需要更加先进和高端的设备和技术。而且设备和技术是密不可分的，无论是光有技术还是光有设备，都制造不出极紫外光刻机。所以极紫外光刻机的研发实际上是一个相当庞大的项目，对其中的每一个细节都不能马虎。

小结

我国一直试图从荷兰购入一台极紫外光刻机，但在美国的阻挠下最终宣告失败，因此，只能转而加紧国产光刻机的研发，我国预计在2030年能够实现这个目标。相信在未来，各个芯片与相关研究工作人员联合起来，一定能够突破现在的瓶颈，使我国的芯片产业提升到下一个台阶。