根據經濟學裡面的比較優勢理論，社會是要分工的。最先進的光刻機，是要多個公司合作的。但是把技術分解了，逐個攻關，一個國家也能做出來。

光刻的成本約佔整個集成電路晶元製造成本的 1/3 ，耗費的時間約佔整個晶元製造過程的 40 ～ 60% ，是大規模集成電路製造過程中最複雜、昂貴和關鍵的工藝 [1]。

光刻機為什麼難造

光刻機龍頭公司—— 荷蘭的ASML 從 1999 年開始 EUV 光刻機的研發工作，原計劃在 2004 年推出產品。但直到 2010 年 ASML 才研發出第一臺 EUV 原型機， 2016 年才實現下遊客戶的供貨，比預計時間晚了十幾年。直到2019年，第一款7nm EUV 工藝的晶元 Exynos 9825 才正式商用[2]。

EUV 光刻機上市時間表的不斷延後主要有兩大方面的原因，一是所需的光源功率遲遲無法達到 250 瓦的工作功率需求，二是光學透鏡、反射鏡系統對於光學精度的要求極高，生產難度極大。到了2020年，主流的手機旗艦晶元都將採用EUV技術[2]。

上海微電子的光刻機的解析度還在90nm[3]。

中科院光電所已經研究出光刻分辨力達22nm的技術。該光刻機使用365納米波長的光源[4]，光源落後於現在主流的DUV（193nm）、最新的EUV（13.5nm）。研究出來到能夠量產還有距離的。

預計2030年實現EUV光刻機的真正國產化[5]。

一. 當前情況

光刻機很大的問題是輸出功率不夠。EUV光刻機的電_轉化效率低到0.02%。

極紫外光刻機（EUV） :哈爾濱工業大學方面負責的DPP-EUV光源已經到了接近12 W的水平，相當於ASML2009年的水平[6]。基本可以支持中國科學院長春光學精密機械與物理研究所完成-套一小時曝光60-70片12英寸晶片極紫外光刻機驗證機。 而臺積電用的ASML製造的EUV光刻機有效輸出光功率達到250W, 一天要用3萬度電。每天能加工4500片矽片。

ASML公司和 Gigaphoton 公司的 EUV 光源設備均可輸出 250 W 較為穩定的 EUV 光，最大值甚至可以達到375 W[7]。下圖是Cymer公司的光源產品，Cymer已經被ASML收購。

Cymer公司的光源產品。徐象如. 高數值孔徑投影光刻物鏡像質補償策略與偏振像差研究[D].中國科學院長春光學精密機械與物理研究所,2017.

極紫外光在空氣中傳播損耗極大，而且經過透鏡功率損失極大，所以必須用反射的方式聚集到晶圓晶元上。

現在的 EUV 光刻機並未完全佔領市場。其技術不夠完善和售價極其高昂是主要原因。通過對比 ASML 公司的 DUV 光刻機產品( NXT: 2000i) 與 EUV 光刻機產品( NXE: 3400B) : 在售價方面，EUV 光刻機的價格更高; 但在產能方面，DUV 光刻機每小時處理的晶圓數目約為 EUV 光刻機的兩倍左右。這可以說明，EUVL 光刻技術仍有較大的提升空間。對於未來 3 nm 製程的光刻技術，EUV 光源的功率需要提升到 500 W。1 nm 製程的光刻需要 1 kW功率的 EUV 光源[8]。

光刻膠幾乎全靠進口。DUV光刻膠國內有幾家在做。EUV光刻膠只有一家在早期研究。

用途不同的光刻機：用於生產晶元的前道光刻機，有用於封裝的後道光刻機，還有用於LED製造領域的投影光刻機。在前道光刻機方面嚴重依賴進口，但在後道光刻機和投影光刻機方面，國內廠商還是頗為可圈可點的——到2017年，上海微電子的後道光刻機在國內市場佔有率超過80%，全球市場佔有率為40%；用於LED製造的投影光刻機的市場佔有率為20%[9]。

二. 不全是光刻機的原因，還有工藝的問題

造不出好晶元，不全是因為我們造不出頂級光刻機[10]；

根據看的消息和文獻，DUV光刻機可以做到7nm。需要多重曝光，

intel用DUV光刻機能做到10nm製程，中芯國際做到14nm量產[11]。

摘自 @多克特梨

首先糾正一個常識性的錯誤，沒有7nm的DUV（深紫外光）光刻機，也沒有7nm的EUV（極紫外光）光刻機[12]。

所有的DUV光刻機，用的光源都是193nm波長的ArF excimer laser，之前的一代DUV，用的光源是248nm波長的KrF excimer laser。另外，EUV光刻機的光源，是13.3nm的laser pulsed tin plasma。

摘自@紅豬並有所改動

所謂製程，平時我們說的7nm、3nm都是指集成電路晶體管的MOSFET柵極的寬度。而所謂193nm ArF或者13.5 nm EUV則是指光源的波長。

降低製程的方法：降低光源的波長，浸沒式光刻（折射率使得在液體中光波長變短），多重曝光技術

浸沒式光刻能降低製程。在鏡頭與晶圓曝光區域之間，充滿高折射率的水，水對193nm的紫外光折射率為1.44，從而實現在水中等效波長為134nm，實現45nm以下製程[13]。

另外除了解析度，對於實際生產應用，還有一個更重要的參數時生產效率，比如ASML的一些型號每天可以加工4500枚 wafer； 如果產量太低，就算設備做出來了，也是完全沒有經濟效益，自然也就沒有辦法參與國際競爭[10]； 國產EUV光刻機功率不夠大，導致產量上不去。

臺積電 2019 年耗電 143.3 億度，晶元製造為何如此費電？能否科普一下？?

www.zhihu.com圖標

3 . 物鏡的難度

光刻機的透鏡很複雜

紫外光經過掩膜版，把圖案精確匯聚的矽片上。納米級製程的光刻，要求光圖案畸變極小，甚至小於1nm。需要設計高投射率的透鏡或者高反射率的反射鏡。為了補償畸變，需要通過機械式調節鏡片的微元，修正光路；或者是對鏡片的微元精確溫控來調節鏡片的光路[1]。

長春光機所是在做光刻機物鏡。

4. 多重曝光提高精度

一種做法是如LELE（litho-etch-litho-etch）。簡單講，就是做兩次光刻，把掩模版的位置錯開。相鄰的金屬線如果做在同一層光掩膜版上，彼此之間就不能做的很近，但如果相鄰金屬線做在兩層不同的光掩模版上的話，彼此之間就可以非常靠近。這樣，我們只要把靠近的金屬分佈在兩層不同的光掩模版上，就可以達到之前想要達到的效果[14]。

另一種SADP（自對準雙重成像技術）。圖的右邊。先通過較低精度的光刻，做出7條突起的光刻膠保護層（mandrel）。再在「mandrel」的表面和側面沉積一層厚度相對比較均勻的薄膜「spacer」。使用離子刻蝕工藝把沉積的「spacer」材料再刻蝕掉。由於「mandrel」側壁的幾何效應，沉積在圖形兩側的」spacer」材料會殘留下來。「spacer」圖形的間距是」mandrel」間距的一半，實現了空間圖形密度的倍增[15]。

參考

  1. ^ab徐象如. 高數值孔徑投影光刻物鏡像質補償策略與偏振像差研究[D].中國科學院長春光學精密機械與物理研究所,2017.
  2. ^abhttps://zhidao.baidu.com/daily/view?id=184382
  3. ^http://www.smee.com.cn/eis.pub?service=homepageServicemethod=indexinfoonclicknodeno=1_4_4_1
  4. ^http://www.ichmw.com/show-10-7144-1.html
  5. ^http://k.sina.com.cn/article_7008268637_1a1b9b15d00100tfyp.html
  6. ^如何看待長春光機所euv光刻機進展？ - 知乎 https://www.zhihu.com/question/395852146
  7. ^宗楠,胡蔚敏,王志敏,王小軍,張申金,薄勇,彭欽軍,許祖彥.激光等離子體13.5 nm極紫外光刻光源進展[J].中國光學,2020,13(01):28-42.
  8. ^宗楠,胡蔚敏,王志敏,王小軍,張申金,薄勇,彭欽軍,許祖彥.激光等離子體13.5 nm極紫外光刻光源進展[J].中國光學,2020,13(01):28-42.
  9. ^http://m.kdnet.net/share-12432268.html?sform=club
  10. ^abhttps://www.zhihu.com/question/278220260/answer/599926310
  11. ^http://www.smics.com/site/technology_advanced_14
  12. ^https://www.zhihu.com/question/368865227/answer/1211558148
  13. ^https://baijiahao.baidu.com/s?id=1676533090262160128wfr=spiderfor=pc
  14. ^https://www.sohu.com/a/117166722_485357
  15. ^https://baike.baidu.com/item/%E8%87%AA%E5%AF%B9%E5%87%86%E5%8F%8C%E9%87%8D%E6%88%90%E5%83%8F%E6%8A%80%E6%9C%AF/22341373?fr=aladdin

看看股市就知道，光刻機被炒的太過火了！

光刻機有難度，但是並沒有那麼難，看見有和氫彈、原子彈討論的，甚至蔑視核彈的，這是對老一輩人的侮辱。

中國並不是造不出光刻機，而是造出來的太落後，晶元這東西，落後就等於沒有市場，沒有錢賺就導致沒有人願意研究這東西，如果不是米帝搞華為，誰會關注光刻機和臺積電這麼「低端」產業？

理性的講，如果全球和諧、半導體產業鏈和諧，中國完全沒有必要搞光刻機，晶圓廠就那麼幾家，光刻機需求就那麼大，正常情況下，設計好了，甩給臺積電做就行了，在商業上這纔是利潤最大化。

但是如今，儘管是造不如買，有人非要革中國半導體的命，我們只能應對了。有人對中國半導體非常之悲觀，這大可不必。以前半導體行業人才很少，又難又不賺錢，隨便搞搞java之類的月薪過萬，苦逼的硬體搞幾年月薪幾千，但是現在不一樣了，郭嘉已經提升到戰略層面了，各種扶持，投資，如果國內半導體企業發展起來了，將會是國外同行的噩夢！

雖然無法類比，但是還是想舉光伏的例子，2000年以前，光伏還是歪果仁的天下，郭嘉砸了那麼多錢，雖然有很多騙錢的項目，但是大體上是激活了這行業；之後行業混戰，不僅國內光伏企業之間血流成河，也打的國外光伏巨頭滿地找牙，現如今20年，回過頭看看光伏，唯有中國而已！

雖然半導體技術壁壘比較高，但是隻要是中國人進來了，鐵了心要搞，奮力追趕就好！眼光放長遠，一年兩年不行，或許10年20年就能成呢？

意味著他和日本一樣，參考尼康和佳能

首先,說明這個國家的製造業有比較深厚的底子可以喫.

光源,鏡頭/鏡片組,工件臺,傳送部分,驅動部分,溫控部分;每一樣都達到設計要求,產品才能用

但是Fab是不會立足於能用的,他們要拿著個掙錢,所以需要的是好用.

如何評價這個標準呢:快,準,穩.

快,目前DUV光刻機每小時可以完成300wafer的工作量,一塊wafer幾百到幾萬塊晶元不等/

EUV光刻機也在接近每小時200wafer的工作量

準,目前為止,光刻機的工件臺,移動定位精度都在幾個納米左右.

還好國內的華卓精科也拿出來了雙工件臺,在這兩項上做的不錯.

但最重要的是穩定,一臺光刻機一年的停工時間不超過100小時,而這玩意是個一開機就每小時用電數以萬度計算的大玩意

好了關於ASML的東西可以參考這本書

光刻巨人:ASML崛起之路京東￥ 85.00去購買?

一般人的認知中，一個國家是不可能研製出光刻機的，畢竟一個光刻機有十幾萬個零件，有很多零件本身就需要這個領域的專業生產企業纔能夠生產。

如果是別的國家，可能真的以一己之力很難研發出光刻機，但中國如果拼盡全力來做這件事情，這件事情可能還真有可能。

理由一：中國是世界上整個工業品類最齊全的國家之一，基本上都有的工業品類我們都有涉及，這為研發光刻機打下了良好的基礎。

理由二：研發這樣的產品，關鍵要有錢，而中國目前不差錢，特別是對於這樣的影響中國經濟發展的重要項目，一定會給足夠的資金支持發展，有了資金，很多問題就相對好解決。

理由三：中國龐大的市場，有了市場基礎，產品研發出來之後，會有比較好的市場前景，也能給到投資者信心。

理由四：中國舉全國之力，就能辦成一些意想不到的大事。以往的核武器，大飛機項目等，都是在一清二白的情況下，在幾乎完全沒有可能的情況下，最終啃下了硬骨頭。

雖然，這次光刻機這塊骨頭比較硬，但是有了全國人民的支持，有勤勞勇敢的中國人的努力，並不是完全沒有可能，甚至有可能彎道超車，用更新的技術來替代光刻機。

期待這一天的到來。

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