单机成本可高达1.2亿美元的激光光刻机是芯片制造和量产的重要装备，也是我国制造高端芯片道路上最大的障碍。

美国对华为实施制裁的正式文件颁发快一年了，自2020年9月15日之后，台积电、高通、三星等厂商均不能向华为提供芯片。压力就是动力，用中科院院士张钹教授的话来说，就是国内科研队伍自此开启兵分两路的工作，“多点开花”式推进我国芯片产业链的科研和落地。

我国芯片产业链

放眼全球，芯片产业链上有多个国家及企业都占有较高的市场份额，但是论及制作芯片必不可少的光刻机，荷兰阿斯麦公司可谓是遥遥领先，甚至几乎可以说是垄断了这个重要市场。

光刻机到底是个什么机器？为何可以如此昂贵？那么多科技大国的竞争中，为何是一家荷兰企业成了行业龙头？不指望解封，我国如何靠自己挺过芯片这一关？欢迎大家收看本期视频，今天带领大家了解一下光刻机以及芯片制造背后的故事。视频制作不易，喜欢我们节目的朋友们，还请长按点赞不放，强烈推荐一下哦！

光刻机难于原子弹

开头就提过光刻机的昂贵，上亿美元都未必能买来的光刻机究竟包含了多少高精尖的科学技术成果？以至于很多人评价它的时候要和原子弹做对比，结论还是光刻机比原子弹研发难度更高。

光刻机

简单来说，光刻机的功能就是生产硅基芯片，它的工作原理和日常刻光盘的刻录机有相似之处，只是复杂多了。先说硬件，其中配件和零部件加起来将近十几万种，包括4万根螺栓、3千根电线和两公里长的软管，制作工序也多达两三千步。

这个设备就和早年间冲洗胶片一个道理，把掩模版上的精细图形通过光线的曝光印到硅片上，使硅片上显现电子线路图。

光刻机的功能就是生产硅基芯片

具体的步骤有把光刻胶涂到硅片上，启动机器后，让紫外光源通过已有芯片电路图的掩模版，直射到光刻胶上，对准曝光后，光刻胶在紫外线下会发生化学反应，从而达到将电路图从掩模版上复制到硅片上的目的。

这样把原理简单地解释一遍，可能会有人觉得这也没多高深难懂，但它结结实实拦住了四十多个国家赚钱和科研的脚步。

在实际运用中，远不是这么简单的事情。芯片主要就是用于电子产品，比如手机、电脑等等。以现在几乎人人都离不开的手机为例，手机里的芯片，别看它手指甲盖大小一片，但是它其中集成了上百亿晶体管。比如华为某一款芯片每平方毫米的芯片上，晶体管的密度高达1.7亿个。

芯片

芯片生产中往往还需要20-30次光刻，芯片内的晶体管一多，单片芯片的生产时间就大大延长，而成本也随之增加。据统计，光刻这一步就占了芯片生产过程一半的时间成本和三分之一的经济成本。

历史上，光刻机已经发展了5代，仅看五代产品的波长数据，就能看出更新换代的速度和必要性，第一代产品的波长是436nm，第二代是365nm，接下来分别是248nm、193nm以及13.5nm。

显然第五代的波长数据就意味着第五代的非同凡响。前四代的光刻机光源都是深紫外线、而第五代的光源是极紫外线光源；光源的波长越短、光刻的刀锋就越锋利，也就更能达到刻蚀时的高精度要求。

光刻机已经发展了5代

这一技术迭代是打破了过往的瓶颈才艰难走出来的。将极紫外线光源引入光刻机这一概念90年代就提出了，但是当时已处于垄断地位、享有欧美顶尖技术的荷兰阿斯麦公司也不过从1999年才正式开始研发，而且原定的2004年出成果也没有达到。

直到2010年才研发出第一台极紫外光光刻机，而正式落地，向下游企业交货已经是2016年的事情了，全程花费了17年。而且其中2012年，三星、台积电和英特尔还联合向阿斯麦投资了超过52亿欧元，没有这笔款项的经济支持，第五代机器更不知道要什么时候才能问世。

遥遥领先的荷兰阿斯麦

荷兰阿斯麦对光刻机产业的垄断到了一个什么状态可以由两组数据来解释：7nm以下的芯片生产市场完全由阿斯麦掌控；而就整个高端芯片市场来看，阿斯麦也占据了98%的市场份额，在其之后，是日本的尼康和佳能分享那零头2%。

另一个数据是根据企业财报，阿斯曼2011年卖出222台机器，2019年一共对外销售了229台，其中26台是最先进的UV光刻。

这个数据说明两件事，行业龙头企业年产量两百，可见这个仪器的复杂；此外，这也潜在地导致了这个行业的准入门槛高，也就是想要进入这个行业分一杯羹是很困难的。

而阿斯麦之所以能在这里站稳脚跟，正是因为它来得早又来得巧。阿斯麦20世纪80年代从原公司中独立出来，一出来就把握住了芯片市场早期的发展机遇，并且“快准狠”地定下了走高精尖路线以及与高校和科研院所合作的战略。

遇上美日欧半导体芯片之争时，荷兰因为在国际上存在感较低，也没被大国格外针对，几乎远离几国争斗之外。它一路不断突破技术瓶颈，通过浸入式的研究率先完成了科技和量产限制的突破，还就势收购了一系列芯片领域和光学领域的公司。

阿斯麦领导层

以阿斯麦领导层的话来说就是：别说告诉别人机器的工作原理了，就算把图纸原模原样送给别人，他也难以复制。但是要格外注意的就是，阿斯麦走到现在的地位，不只是公司本身集齐了“天时地利人和”，实际还是有其他国家的帮助。

就如同台积电的张忠谋“放狠话”的时候说的那句一样，几乎没有任何一个国家能够独立制造出芯片来。

台积电的张忠谋

阿斯麦和多国保持着合作关系，使用日本的光学设备、瑞典和德法的机械配件与工艺、美国的光源技术，甚至还有台积电和三星的制造技术，正可谓是“集百家之长”了。而它产品的去向则是一半卖给了合作伙伴，一半被由美国扶持的半导体代加工企业收购。

中国如何挺过芯片关

但也正因如此，因此当中芯国际花高价想要订购一台光刻机时，阿斯麦尽管愿意，但是由于受到阻拦，至今未能成功交货。

可以理解为正是因为非独立生产，所以他国可以对阿斯麦的商业活动进行干涉。而我国近年来面对步步紧逼的禁令和日益严峻的全球芯片产业链形式，自然也有一套对策。最简单的一条就是，既然无法从荷兰阿斯麦进口设备，那就只好自己造。

他国可以对阿斯麦的商业活动进行干涉

上世纪60年代，第一款集成电路问世后就开启了我国芯片研究这条永无止境的残酷的斗争之路。目前面对的现实就是我们尚未完成芯片尖端领域的突破，但是据媒体报道，我国光刻机三大核心部件——光源、光刻胶和双工件台，均有技术上的突破，高精度光刻机国产化的进度条已经走过了80%。

上世纪60年代，第一款集成电路问世

为了早日掰开扼住我们咽喉的手，中科院、清北高校等科研机构均为光刻技术的攻关成立了专门的小组，而且各有侧重。实际上，早在美方公开芯片禁令之前，中科院院士张钹教授就提出了“两条腿走路”的策略，一方面加大研发传统硅基芯片技术的力度，努力追赶西方的步伐；另一方面则是跳出这一框架、寻找替代方案、甚至是更好的方案，通过创新来实现弯道超车。

这和疫情后国内生物医学领域专家学者“五管齐下”研制疫苗一样体现了我国集中力量办大事的优势和精神。近日也有消息传出，以中科院院士郭光灿和曹刚等几位教授为领导的科研团队，已经攻破了光量子芯片领域的诸多难点，将中国光量子芯片走向商用又推进了一步。

研发传统硅基芯片技术

这个光量子芯片与硅基芯片不同的点主要就是核心技术，前者的核心技术是光子传播，这种方式两大特点是传播效率快、稳定性高，而且最最重要的是光量子芯片的制作过程不需要光刻机。

此外，尽管高端市场我们尚有缺憾，但是随着国内首台国产SMEE光刻机落地，国内市场绝大多数需求都是可以得到满足的。这台机器年产能36万片，涉及家电、智能设备等领域。张钹教授的研究领域主要是在人工智能方向，在他看来，人类已经经历了第一代和第二代智能，目前正在迎接第三代智能的道路上，此次芯片一事的背后折射的就是第三代智能的相关问题。

国内首台国产SMEE光刻机落地

而因为我国的发展历史，我们并没有抓住第一代和第二代智能的发展机遇，我们在这上面吃过亏，一直在追赶西方，所以我们更要抓住第三代智能的机遇，因为这一次我们可以和其他国家站在同一起跑线上。

张钹教授

同时，张钹教授还在采访中谈到芯片的跨国合作问题，他赞同真正意义上的跨国合作和科学无国界，某种程度上说，他也同意台积电的张忠谋所说，仅凭一个国家的力量制造光刻机是极为困难的，但是作为一名大学教授，更作为一名科学家，他希望能遇上真正意义上的科学合作。