ASML是唯一能制造极紫外光刻机的厂商，芯片制造到底有多难？

近几年来，中国科技行业遭到国外的严重打压，尤其是电子芯片成为我国半导体领域最突出的短板，生产芯片最重要的设备是光刻机，世界上先进的光刻机主要由荷兰一家名为阿斯麦（ASML）的公司制造，市场占有率超过80%，而其中最先进的极紫外光刻机（EUV光刻），全世界只有ASML一家公司能制造。

ASML

ASML虽然是一家荷兰的公司，但是出口光刻机受到西方国家的严格控制，ASML的大股东包括美国因特尔、台湾积体电路制造（台积电）、韩国的三星、荷兰皇家飞利浦电子公司等等，其中因特尔占有股份大约为15%，台积电大约5%。

ASML的股份结构相当复杂，国际上众多大公司参股，使得ASML形成一个庞大的利益共同体，但是ASML受到《瓦森纳协定》的约束，中国也是被该协定限制的国家之一，一些敏感的设备和技术无法出口到中国。

光刻机是当今世界科技领域的集大成者，是人类当前科技的巅峰产物，ASML之所以能制造最先进的光刻机，也是因为特殊的股权结构，使得ASML能汇集当前各项前沿科技，整合各种零部件。

一台光刻机重达几十吨，包含十多万个零部件，每台机器从下单到交付要21个月，单价格超过1亿美元，即便这样买家还是排着长队，数据显示，ASML在2017年交付了12台光刻机，2018年18台，2019年26台，预计2020年达到35台。

电子芯片

第一台电子计算机诞生于1946年，位于美国的宾夕法尼亚大学，当时研究人员使用了18000个电子管，1万多个电阻和电容，6000多个开关，总重量30多吨，启动时功率高达150千瓦，运算能力为每秒5000次。

每秒5000次的计算能力，还远远比不上现在几块钱的掌上计算器，人类科技之所以有这么大的进步，就是因为有了芯片的发明，而芯片的发明者是美国人杰克·基尔比，他在2000年因此获得诺贝尔奖。

杰克·基尔比1947年毕业于美国伊利诺斯大学，然后就职于德州仪器，担任研发工程师，期间产生了一个天才的想法——把所有的元器件弄到一块材料上，并相互连接成电路。

杰克·基尔比很快付诸实践，并开始构思这个电路，然后以硅作为材料，制造出了人类第一个芯片，他把自己的想法告诉公司后，受到了公司的高度重视，次年，杰克·基尔就申请了专利。

利用杰克·基尔比发明的芯片，我们就可以把一台几十吨的计算机“装进”一个指甲盖大小的体积内，而且运算速度大幅提高，功耗大幅降低。

光刻机原理

光刻机的基本原理并不是机密，但其中的零部件不是谁都能制造的，以至于外国人对我们说“即便把光刻机的所有图纸给你们，你们也造不出来光刻机。”

制造芯片首先需要用到的材料就是高纯度硅，然后把硅切片得到晶圆，接下来就是高精度的晶圆加工，也是光刻机中的核心技术。

我们首先在晶圆上涂一层特殊的材料，该材料在光线的照射下会融化蒸发，于是我们使用绘制好图案的透光模板，经过特殊激光照射后，就能在晶圆表层的材料上刻出图案，然后用蚀刻机刻蚀晶圆，分化学刻蚀和电解刻蚀（比如用等离子体冲刷等等），而没有涂感光材料的部分将保留下来。

经过刻蚀后，晶圆表面就留下了很多凹槽，我们向其中选择性地掺入磷等元素，就能形成N型半导体；掺入硼等元素，就能形成P型半导体；掺入铜等元素，就相当于导线；三者按照一定的空间结构结合，就形成了PN结（PN结可以理解为一个开关），大量PN结按照一定方式进行组合，就能完成相应的数学运算。

实际当中，一块芯片的结构是三维的，在一层光刻和蚀刻完成后，需要清洗干净，然后再光刻和刻蚀下一层，这样一直叠加十几二十层，形成了立体的芯片，也就是这么一张小小的芯片，里面包含了数十亿、甚至上百亿个晶体管（晶体管包括二极管、三极管等等），比如华为麒麟990的晶体管数达到了103亿。

ASML生产的EUV光刻机，每小时能雕刻100多块晶圆，每块晶圆又能分割成许多个块芯片。

光刻机的关键技术

物镜制造技术

光刻机的原理并不难，但是要生产其中的零件并不容易，其中最昂贵且最复杂的零件就是投影物镜，由于芯片光刻的尺寸只有几纳米，所以对投影物镜的误差要求极高，一张直径30厘米的物镜，要求起伏误差不超过0.3纳米，相当于地球这么大的球体，要求表面凹凸不能超过10cm。

这样的精度要求，全世界只有德国的蔡司公司能制造，连日本尼康、佳能这样的透镜大厂也做不出来，更不用说中国的公司了。

光源技术

另外，光刻机中的光源也是一项难以攻克的技术难关，对于深紫外光（DUV）刻，使用的光源波长是193nm，这是光刻机中的一个技术分水岭，芯片发展曾经在193纳米光源停滞了十多年的时间，后来浸没技术缩短波长（原理是在表面镀上一层薄薄的水膜，利用光的折射现象，可以缩短光的波长），加上各项技术的改进，最终193nm光源可以把芯片制程推进到28nm，这也是深紫外光刻的极限。

极紫外光刻（EUV）使用波长更短的激光（13.5nm），相对于深紫外光刻，需要重新研发刻蚀材料、光刻胶、刻蚀工艺等等，对精度的要求进一步提高，目前只有荷兰ASML一家公司能制造极紫外光刻机。

而且西方国家对我国的技术打压是非常狠的，比如2009年的时候，中国上海微电子研发出90纳米的光刻机，在2010年西方国家就解除了90纳米以上的光刻机对中国出口的限制，2015年又解除了65纳米光刻机对中国出口的限制，让中国的光刻机技术发展完全失去市场。

在这样的情况下，中国芯片产业的发展举步维艰，光刻机包含的关键技术太多，一时半会我们是绕不过去的；其实中国并不缺乏人才，只不过人才要用到什么领域，需要政策引导才行，想到中国天眼FAST在2018年的一次网上招聘，年薪10万难觅驻地科研人才，让人感慨不已。

摩尔定律指的是：处理器的性能每隔两年翻一倍。突出反映了信息技术更新隔代的速度。阿斯麦尔

光刻机领域执牛耳的巨头，在光刻机领域占的份额为89%，剩下的被尼康、佳能日本的两家企业占据。

光刻机目前分为DUV（深紫外） 、EUV（极紫外）两种。光刻机顾名思义就是用光进行雕刻，而光的波长越短，光刻的刀锋越锋利，刻蚀出的芯片精度就越高。DUV光刻机用的是193nm深紫外光，一般可用来雕刻130nm到22nm的芯片，而中国在这方面有黑 科技 ，理论上能将其极致推到7nm，而EUV使用的是13,5nm的极紫外光，可以雕刻22nm到2nm的芯片，EUV只有阿斯麦尔能造。

不久前，阿斯麦尔首席财务官表态：可以向中国出口DUV，无需美国许可。

至于更先进的EUV，没有说，那就是不行！但这也是一件好事，毕竟目前DUV中国也很需要。

对于中国的 科技 ，西方一直都在警惕提防，这方面最集中的表现就是瓦森纳协议。

瓦森纳协议又称瓦森纳安排机制，目前共有包括美国、日本、英国、俄罗斯等40个成员国。实质是集团性出口控制机制，进行出口限制包括两类：一为军民两用商品和技术清单，主要包括了先进材料、电子器件、计算机、传感与激光、导航与航空电子仪器、推进系统等9大类；另一类为军品清单，涵盖了各类武器d药、设备及作战平台等共22类。

美国 *** 控下的瓦森纳协议一向宣称没有针对中国，可如果翻出G20成员图一对照就会发现，不是针对中国，难道是针对墨西哥、印尼和巴西。

美国针对中国已不经不算新闻了，阿斯麦现在才表其实是担忧于中国的进步。美国在 科技 领域打压中国，中国也不可能立正挨打，必然要寻求独立自主的科研创新，如果说一开始看到华为等公司在光刻机领域的投入，阿斯麦还能从容淡定的话，那么随着国家队中科院的入场，阿斯麦就再也坐不住了，能与中科院竞争可以是欧盟或者是美国，但绝不可能是荷兰的一家企业。在这个关头，阿斯麦它又能卖了，无非是又想制造一些“造不如买”的杂音罢了，不过， 科技 之争你喊了开始，何时结束就不是你说了算的。

普遍认为中国的半导体落后国际水平为10年左右，但这不等同于中国追上需要10年，因为后发者是有优势的，开创者披荆斩棘步履踉跄的向前走，因为他不知道路在哪里，而追赶着就没有方向上忧虑。目前半导体的发展已经在2nm处停下了，差距远没有想象那么大，也许只需要三五年就可以赶上先进水平。

国家的力量是很庞大的，1961年4月12日，苏联宇航员加加林进入太空，这一壮举大大地刺激了美国，美国随即在当年5月份启动了阿波罗计划，在八年后，美国宇航员在月球登录。中国在03载人进入太空，而载人登月计划是在2030年。与之对比美国从无法载人到载人登月只需要8年，反映出举国之力在攀 科技 树时的恐怖，这两年中美对抗是多方面的，贸易战跟你对打，针对围堵我们一带一路、军舰巡航南海中国更关心的是你别在撞了……唯有芯片是把国人憋屈的够呛。

面对西方，你跪在地上他们不会怜悯你只会再踩一脚，90年代的俄罗斯就是最好的例子，他们真正尊重的只有旗鼓相当的对手。诚然，在 科技 创新这条路上还有很长的路要走，但在经历了卡脖子的困境后，所有的中国人已经意识到识到自主研发的重要性，只要意识到了，什么时候都不晚。

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