中国的光刻机达到了世界先进水平，但为何生产高端芯片依然困难重重？

1. 中国的光刻机达到了世界先进水平，但为何生产高端芯片依然困难重重？

 018年12月，中微半导体设备（上海）有限公司自主研制的5纳米等离子体刻蚀机经台积电验证，性能优良，将用于全球首条5纳米制程生产线。5纳米，相当于头发丝直径（约为0.1毫米）的二万分之一，将成为集成电路芯片上的最小线宽。台积电计划2019年进行5纳米制程试产，预计2020年量产。
▲半导体器件工艺制程从14纳米微缩到5纳，等离子蚀刻步骤会增加三倍
刻蚀机是芯片制造的关键设备之一，曾一度是发达国家的出口管制产品。中微半导体联合创始人倪图强表示，中微与科林研发(Lam Research)、应用材料(Applied Materials)、东京威力科创(Tokyo Electron Limited）、日立全球先端科技 (Hitachi High-Technologies) 4家美日企业，组成了国际第一梯队，为7纳米芯片生产线供应刻蚀机。中微半导体如今通过台积电验证的5纳米刻蚀机，预计能获得比7纳米更大的市场份额。
中科院SP超分辨光刻机
提问者所说的中国光刻机达到世界先进水平，应该是指2018年11月29日通过验收的，由中国科学院光电技术研究所主导、经过近七年艰苦攻关研制的“超分辨光刻装备”项目。
该项目下研制的这台光刻机是“世界上首台分辨力最高的紫外(即22纳米@365纳米)超分辨光刻装备”。这是一种表面等离子体（surfaceplasma，SP）超分辨光刻装备。

▲中科院研制成功并通过验收的SP光刻机
该光刻机在365纳米光源波长下，单次曝光最高线宽分辨力达到22纳米。结合双重曝光技术后，未来还可用于制造10nm级别的芯片。

▲中科院研发的光刻机镜头
目前这个装备已制备出一系列纳米功能器件，包括大口径薄膜镜、超导纳米线单光子探测器、切伦科夫辐射器件、生化传感芯片、超表面成像器件等，也就是说，目前主要是一些光学等领域的器件。验证了该装备纳米功能器件加工能力，已达到实用化水平。

▲中科院SP光刻机加工的样品
然而，此次验收合格的中科院光电技术研究所的这台表面等离子超衍射光刻机（SP光刻机）的加工精度与ASML的光刻机没法比。没法用于刻几十纳米级的芯片，至少以现在的技术不能。
据光电所专家称，该所研制成功的这种SP光刻机用于芯片制造上还需要攻克一系列的技术难题，目前距离还很遥远。也就是说中科院研制的这种光刻机不能（像一些网媒说的）用来光刻CPU。它的意义是用便宜光源实现较高的分辨率，用于一些特殊制造场景，很经济。
总之，中科院的22纳米分辨率光刻机跟ASML垄断的光刻机不是一回事，说前者弯道超车，就好像说中国出了个竞走名将要超越博尔特。
显然，中科院研制成功的这台“超分辨光刻装备”并不能说明我国在市场主流的的光刻机研制方面已经达到了世界先进水平，那么现阶段我国的光刻机的真实水平又是怎样的呢？且看以下对比。

2. 中国光刻机明年可以达到世界较为先进的水平，开始迈入芯片强国吗？

很多人将关注的焦点放在了手机和PC的芯片，忽略了大多数的芯片其实不需要很先进的制程，不是制程先进不好而是成本更加的重要，比如很多IoT芯片，14nm对于多数行业已经够了。高端光刻机所实现更小nm级别的制程，主要应用在对续航和芯片体积有要求的终端上，如手机和平板电脑。芯片的本质芯片的本质就是将大规模的集成电路小型化，并且封装在方寸之间的空间内。英特尔10nm一个单位占面积54*44nm，每平方毫米1.008亿个晶体管。（1nm是一根头发丝直径的10万分之一）



芯片制造的过程就如同用乐高盖房子一样，先由晶圆作为地基，再层层往上堆叠电路和晶体管，达成所期望的造型（也就是各式各样的芯片）。造一个房子如果没有良好的地基，盖出来的房子就会歪来歪去，不合自己所意，为了做出完美的房子，便需要一个平稳的基板。对芯片制造来说，这个基板就是晶圆。



芯片制造的难点要在方寸之间建造一座城市，这绝对会比米上刻字要难上无数倍，简单的用手操作是完不成这件事的。01晶体管的“栅极”越窄，芯片功耗越低，同时尺寸也就越小，所以芯片界是以栅极的宽带命名芯片的制程。



在电子显微镜下，观察、对比32nm和22nm晶体管



但栅极宽度并不代表一切，栅极之间的距离和内连接间距也是决定性能的关键要素，这两个距离决定了单位面积内晶体管的数量。比如台积电的7nm和英特尔的10nm名义上差一代，实际上半斤八两。英特尔10nm一个单位占面积54*44nm，每平方毫米1.008亿个晶体管；而台积电7nm一个单位占面积57*40nm，每平方毫米1.0123亿个晶体管。两者并没有代差。



挑战nm级别的物理极限，就需要使用光做刻刀的专用工具“光刻机”。光刻机的原理非常简单，它就是一台大型照相机，紫外光把要雕刻的电路板通过凸透镜打在涂抹了光刻胶的硅晶圆上，将电路印在上面。



难度在于光刻机必须要把工程师绘制的电路板精确无误的投到晶圆上，不允许有丝毫误差。一个硅原子的晶胞长度是0.565纳米，7纳米那才几个晶胞那么宽。光刻机的核心部件反射镜，工艺条件极其苛刻，瑕疵竟然是以皮米计算的。光刻机也必须在真空环境中工作，因为即便空气中没有任何灰尘，气体分子本身也会影响紫外光成像。



制作nm级别芯片的光刻机注定是特别复杂和精密的，一台光刻机的配件超越五万的零件，90%的配件来自全世界，美国的光栅，德国的镜头，瑞典的轴承，法国的阀件等等。可以说光刻机是集人类智慧的结晶。02制造芯片，没有设计图，拥有再强的制造能力都没有用。设计工程师的角色是特别重要的，比如：有的人建造的房子外型别扭、采光差、通道不合理，有的人建造的房子外形美光、采光好、通道合理。芯片多由专业芯片设计公司进行规划、设计，像高通、Intel、AMD等公司，都是自己设计芯片。所以芯片设计十分仰赖工程师的技术，工程师的素质影响着一个企业的价值。



有了完整规划后，接下来便是画出设计图。有蓝、红、绿、黄等不同颜色，每一种颜色代表着一张光罩，如下图。芯片设计图的复杂程度可想而知。



芯片并不是做小了才能完成电路实现的功能，芯片只是一个小的载体，通过这个载体能够实现更低的功耗、更高的执行效率。可以预见的是，以现有的技术不可能将芯片的制程无限度的缩小，未来一定会有更加先进的芯片制造工艺出现。贸易全球化是经济发展的必然趋势一个人不可能做到无所不知，无所不能，同样一个国家也不可能建设全能的产业链条。比如，中东的石油、俄罗斯的小麦、泰国的香米、美国的农业等。经济的本质是货物的交换和流通，未来社会的发展必然是贸易的全球化，通过整合全人类的智慧和科技产物来促进人类社会的发展。



这就很好解释，为什么我们需要从其他国家去购买光刻机和芯片。因为目前国内的资源和产业结构不足以形成芯片行业的优势，通过进口来解决目前国内的需求是最优选择。这就好比，我们自己也有石油，但是每年还是会从其他国家进口大量的原油的道理是一样的。光刻机和芯片撇开国家层面，仅仅只是从企业的层面或个人的层面来讲。如果光刻机和芯片是你的，你可能会教我怎么造芯片和光刻机吗？这就是典型的教会了徒弟饿死师傅。不会，你只可能将成品买给我。既然光刻机和芯片可以进口，为什么中国还要有plan B（B计划）？中国是一个物产丰富、产业结构特别完善的国家，并不是没有能力制造供我们自己使用的芯片，实际上在军事、航空、交通、通信等很多领域都使用了我们自己的芯片。既然别人有更好的东西，为什么我们不直接拿来用，拿来学习？



但一味的依赖通过进口的光刻机和芯片，就会造成国内相关行业的退化，同时会造成人才和技术的断层。未来，科学技术将取代人力成为主要的生产力，这是任何一个人都知道的。所以我们要逐渐的形成产、学、研一体化的产业结构，产生自主的核心竞争力，才有可能在未来将要变革的时候，实现弯道超车。



另外，通常我们制定plan B的时候，是考虑到了plan A的潜在的风险性。同样的，如果其他国家不出口光刻机和芯片给我们了，我们至少还有plan B。只有这样一个国家的根基才不会动摇。科学技术的发展始终离不开人2011年，当时在任的美国总统奥巴马曾问苹果的乔布斯，怎么才能将苹果的生产线迁回美国，给美国带来更多的就业。乔布斯回答说：“这些工作是不会回来的。我们在中国雇佣了70万工人，背后需要3万名工程师的支持，如果你能教育出这么多工程师，我们就能把工厂迁回美国。”现在，苹果依然把中国作为最重要的生产基地。



综上所述，未来的竞争说到底还是人才的竞争，是数学、物理、化学等基础科学的竞争。显而易见，中国光刻机明年不可能达到世界先进的水平，但谁能说得清楚下一个5年、10年就发生了呢？以上个人浅见，欢迎批评指正。喜欢的可以关注我，谢谢！认同我的看法的请点个赞再走，再次感谢！

3. 中国的光刻机是什么水平？与世界先进还有多大差距？如何追赶？

中国光刻机距离世界先进水平，还有较大的差距。
第一，目前全球最先进的光刻机，已经实现5nm的目标。这是荷兰ASML实现的。
而ASML也不是自己一家就能够完成，而是国际合作才能实现的。其中，制造光源的设备来自美国公司；镜片，则是来源于德国的蔡司公司等。这也是全球技术的综合作用。

第二，中国进口最先进的光刻机，是7nm。
2018年，中芯国际向荷兰ASML公司定制了一台7nm工艺的EUV光刻机，当时预交了1.2亿美元的定金。请注意，当时这台机器还没有交付，而是下订单。
但国内市场上，其实已经有7nm光刻机。在2018年12月，SK海力士无锡工厂进口了中国首台7nm光刻机。海力士也是ASML的股东之一。

第三，目前国产最先进的光刻机，应该是22nm。
根据媒体报道，在2018年11月29日，国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收。该光刻机由中国科学院光电技术研究所研制，光刻分辨力达到22纳米。
请注意该报道的标题：“重大突破，国产22纳米光刻机通过验收。”
也就是22nm的光刻机，已经是重大突破。
22nm的光刻机，关键部件已经基本上实现了国产化。“中科院光电所此次通过验收的表面等离子体超分辨光刻装备，打破了传统路线格局，形成一条全新的纳米光学光刻技术路线，具有完全自主知识产权。”

有关报道中的“全新的技术”，也就是中国科研工作者在关键部件完全国产化情况下，实现的这一次技术突破
中国和世界顶尖光刻机制造还有很大差距。
华为麒麟受制于人，中芯国际不堪大用，澎湃芯片久不见进展，虎愤芯片勉强能用。
实用更是有很远的路要走。
大家放平心态。

4. 中国的光刻机是什么水平？与世界先进还有多大差距？如何追赶？

你好，中国光刻机距离世界先进水平，还有较大的差距。
第一，目前全球最先进的光刻机，已经实现5nm的目标。这是荷兰ASML实现的。
而ASML也不是自己一家就能够完成，而是国际合作才能实现的。其中，制造光源的设备来自美国公司；镜片，则是来源于德国的蔡司公司等。这也是全球技术的综合作用。
第二，中国进口最先进的光刻机，是7nm。
2018年，中芯国际向荷兰ASML公司定制了一台7nm工艺的EUV光刻机，当时预交了1.2亿美元的定金。请注意，当时这台机器还没有交付，而是下订单。
但国内市场上，其实已经有7nm光刻机。在2018年12月，SK海力士无锡工厂进口了中国首台7nm光刻机。海力士也是ASML的股东之一。
第三，目前国产最先进的光刻机，应该是22nm。
根据媒体报道，在2018年11月29日，国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收。该光刻机由中国科学院光电技术研究所研制，光刻分辨力达到22纳米。
请注意该报道的标题：“重大突破，国产22纳米光刻机通过验收。”
也就是22nm的光刻机，已经是重大突破。
22nm的光刻机，关键部件已经基本上实现了国产化。“中科院光电所此次通过验收的表面等离子体超分辨光刻装备，打破了传统路线格局，形成一条全新的纳米光学光刻技术路线，具有完全自主知识产权。”
有关报道中的“全新的技术”，也就是中国科研工作者在关键部件完全国产化情况下，实现的这一次技术突破
中国和世界顶尖光刻机制造还有很大差距。
华为麒麟受制于人，中芯国际不堪大用，澎湃芯片久不见进展，虎愤芯片勉强能用。
实用更是有很远的路要走。【摘要】
中国的光刻机是什么水平？与世界先进还有多大差距？如何追赶？【提问】
你好，中国光刻机距离世界先进水平，还有较大的差距。
第一，目前全球最先进的光刻机，已经实现5nm的目标。这是荷兰ASML实现的。
而ASML也不是自己一家就能够完成，而是国际合作才能实现的。其中，制造光源的设备来自美国公司；镜片，则是来源于德国的蔡司公司等。这也是全球技术的综合作用。
第二，中国进口最先进的光刻机，是7nm。
2018年，中芯国际向荷兰ASML公司定制了一台7nm工艺的EUV光刻机，当时预交了1.2亿美元的定金。请注意，当时这台机器还没有交付，而是下订单。
但国内市场上，其实已经有7nm光刻机。在2018年12月，SK海力士无锡工厂进口了中国首台7nm光刻机。海力士也是ASML的股东之一。
第三，目前国产最先进的光刻机，应该是22nm。
根据媒体报道，在2018年11月29日，国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收。该光刻机由中国科学院光电技术研究所研制，光刻分辨力达到22纳米。
请注意该报道的标题：“重大突破，国产22纳米光刻机通过验收。”
也就是22nm的光刻机，已经是重大突破。
22nm的光刻机，关键部件已经基本上实现了国产化。“中科院光电所此次通过验收的表面等离子体超分辨光刻装备，打破了传统路线格局，形成一条全新的纳米光学光刻技术路线，具有完全自主知识产权。”
有关报道中的“全新的技术”，也就是中国科研工作者在关键部件完全国产化情况下，实现的这一次技术突破
中国和世界顶尖光刻机制造还有很大差距。
华为麒麟受制于人，中芯国际不堪大用，澎湃芯片久不见进展，虎愤芯片勉强能用。
实用更是有很远的路要走。【回答】

5. 中国的光刻机是什么水平？与世界先进还有多大差距？如何追赶？

您好，我是您的职场解答师，我们这边的解答如下:(中国的光刻机目前是中下水平,与世界先进还差30年,唯一追赶的方法就是大量的投入科研经费和人才才可以了。），为您服务是我的荣幸，您可以提问职场里的其他相关问题，或者进一步详细描述您的相关问题。让答主这边为您更好的解答，更好的服务，感谢您对我们的理解与支持，谢谢。【摘要】
中国的光刻机是什么水平？与世界先进还有多大差距？如何追赶？【提问】
您好，我是您的职场解答师，我们这边的解答如下:(中国的光刻机目前是中下水平,与世界先进还差30年,唯一追赶的方法就是大量的投入科研经费和人才才可以了。），为您服务是我的荣幸，您可以提问职场里的其他相关问题，或者进一步详细描述您的相关问题。让答主这边为您更好的解答，更好的服务，感谢您对我们的理解与支持，谢谢。【回答】
您好，希望我的回答对您有所帮助，祝您生活愉快，记得给个赞。😀😆【回答】

6. 被称为芯片的“魄”，国产蚀刻机在世界上处于什么水平？

为什么有人说国内芯片产业还有很长的路要走？中国的刻蚀机确实达到了世界先进水平，而光刻机还很早，即使两者都是世界先进水平，也并不意味着中国芯片工业的未来不会很难。


目前，国内的刻蚀机确实处于领先地位，5纳米等离子刻蚀机已经通过台积电的验证，但光刻机更差。前次报告中提到的“中科院SP超分辨率光刻机”最多只能算是一个“样机”，无法与ASML光刻机相比，也无法用于芯片制造，一系列技术问题亟待解决。


退一步说，即使国产光刻机和蚀刻机已经达到世界领先地位，问题是否已经解决？ASML的EUV光刻机已订购交付。我们能在交货后生产7Nm甚至5nm的芯片吗？别把这个问题想得那么简单，因为只有用于芯片的光刻机和蚀刻机。芯片制造的技术、经验、技术和人才是一项系统工程。台积电不是一天建成的。有了光刻机，我们就不能制造顶级芯片。

再退一步讲如果一流光刻机和刻蚀机都国产，台积电也变成了国产企业，国产的芯片业就独步天下了么？当然不是，我们还需要高通、苹果、英伟达、英特尔、赛灵思、德州仪器这样的芯片设计、研发、制造和销售公司来打造整个芯片行业的产业链。芯片行业的产业链非常长，不是靠几台光刻机和刻蚀机就能解决问题了，上、中、下游都有众多厂商在其中竞争搏杀，从这个意义上来讲，国产的芯片行业并非全面落后，但前路的确依旧艰辛，需要我们继续努力！！

7. 世界上有企业能做生产芯片的光刻机吗？这项技术有多难？

世界上制造光刻机技术最为先进的应该是荷兰，荷兰现在疫情闹得挺严重的，俄罗斯曾经给出一个神助攻督促，或者说给荷兰建议用荷兰的供货机换我们的口罩，因为现在医疗资源非常紧张，尤其是口罩和防护服。我们国家在光科技的研究制造方面和世界一流水平还有差距，我们不断的和全球做生意，有了经济交流，自然清楚其他国家处在一个什么样的水平大型的光客机精度够高的，光客机对我们国家的科技进步是产生决定性的作用的，比如说我们现在手机电脑所使用的芯片，我们的手机芯片是使用8毫米的还是6毫米的还是5毫米的，很大程度上取决于光刻机到底有多先进，而我们没有精度特别高的工作机，所以我们的自主芯片有难度。有很多企业是可以自己制造光刻机的，光刻机要说简单也简单，说难也难，如果说精度要求不是特别高的话，我们国家自己制造的，其实也没有问题，但是要求足够高的精度那就有问题了，因为掌握这些顶级技术的国家就那么几个，而且那些国家他们都形成了一个内部的联盟，这些技术不对外出口，他们内部封闭，我们连相应的研究资料以及设备都买不到，有钱也买不到，所以这是没有办法的事情，我们就得不断去提高自己的自主创新能力，自己去解决这个问题，毕竟靠别人永远不如靠自己。研究这个东西，当然不是个体企业的资金所能够支持的，有很多世界上能够制造高级光客机，也就是那些顶尖技术的光客机的企业都是有国家支持的，有他们的国家级拨给他们相应的资金，政策，让他们有更多的研发空间，能够去不断提高自主的创新能力，在世界范围内占有一席之地，对于提升综合国力，提升国家地位有着非常大的作用。

8. 光刻机有望被替代？新技术曝光，芯片制造又多了一条路

华为之所以能在手机业务上反超苹果，靠的就是一手自研芯片的成绩。海思麒麟在性能上的提升已经出乎了大多数人的意料，自从970时代之后，华为手机的性能就在稳步提升，芯片的AI能力也可圈可点，这一点已经也是公认的事实。但正如当初任正非所预料的那样，华为强大之后就有人“找上门”来，针对华为发起了一系列限制。
     
 尤其在全球化最广泛的半导体领域，华为受到的冲击可谓是相当剧烈，技术无法完全使用，供应链也受到了限制，而这也凸显出了国内在芯片制造环节上的缺陷，暴露了弊端。在芯片制造环节当中，原材料、光刻机等环节是重中之重，虽说原材料可以从日本进口，但光刻机却不是一个国家能完成的。
     
 目前荷兰的ASML是光刻机方面的巨头企业，但其内部零件也是由多个国家、多个企业整合而成，并且中芯之前订购的EUV光刻机也一直迟迟没有发货，这在一定程度上就已经限制了我国芯片事业的发展。虽然目前我国中科院已经将光刻机作为重点研究对象，但短时间内肯定还无法实现商用。
     
 不过就在国产芯片行业受到光刻机等光刻技术限制的时候，我国在另外一项技术上传来了捷报，甚至这个消息的出现将会有望让我国打破国外垄断，取代一直以来的光刻技术。近日，浙江西湖高等研究院传来了消息，曝光了堪比光刻技术的“冰刻技术”。
     
 所谓冰刻技术并不是近两年才提出来的，早在2012年，西湖大学的副校长就提出了关于冰刻的概念与想法。与传统的光刻技术不同，冰刻的做法是在-140 的密闭真空环境当中通过水蒸汽结冰的方式，迅速在晶片上形成冰膜，然后再利用相关技术在冰膜上进行刻录，最后通过挥发等手段完成芯片的制造。
     
 目前冰刻技术已经能够在光纤末端做出复杂的微纳米冰雕，这也就意味着该技术目前在某些特定场合中已经有了一定的实用价值。而这也就意味着冰刻技术的发展前景相当广阔，未来有机会实现对传统光刻技术的替代。
     
 相比于传统的EUV光刻技术而言，冰刻技术有两点优势。首先，冰刻技术不会用到光刻胶，而光刻机则会因为光刻胶的好坏影响到芯片成品效果的问题。其次，光刻机在使用光刻胶之后还要对机器进行彻底清洁，如果清洁不到位，也会降低后续芯片生产的良品率问题。
     
 相比之下，采用电子束和水蒸气的冰刻技术就不会存在这些弊端问题，而这也是冰刻技术最大的优势所在。不过冰刻技术对温度要求过于苛刻，这一点也是冰刻技术相比光刻技术最大的难点。
  
 其次，在冰刻过程当中至关重要的电子束方面，先进技术也掌握在了日本的JEOL与Elionix两家企业的手里，这两家企业的电子束精度都能够达到10nm左右，而国内的电子束技术最先进的也只有1微米。这其中的差距不用多解释想必很多人也都能明白。
     
 所以从现在的情况来看，冰刻技术确实有机会能取代光刻机，光刻机也不再是唯一选择，这也是我国在芯片行业当中突破的又一条路，但冰刻技术也存在着一些不得不面对的难题，所以国内的企业还需要继续努力。
  
 你看好这项技术吗？