科技追踪 | 中国芯片最大技术难关被攻克

点击：作者：记者来源：宏国智库发布时间:2018-12-02 10:53:06

任何企业的力量，不可能超越一个独立自主的大国国家工业化的力量，不管这个企业是曾经在工业革命后掌握了多少所谓的“尖端技术”，终将被国家力量和国家意志所超越，这是西方资本主义国家最恐惧社会主义人民中国的地方——疆域大国、人口大国、人才大国、制造业大国、技术原创大国，最关键还是具有独立自主自力更生精神和情怀的血性大国……

改开时期，中国在发展独立自主科学技术上是走了弯路的，我们知道包括互联网技术都是美国开发出来用于军事通讯的技术，后来改民用就成了改变我们生活，风靡世界的互联网，而改开为了“韬光养晦”却终止了许多当年已经领先世界的国防军工技术的研发，不仅让中国军事技术被美国等打压，也延迟了中国科学技术的发展。任何国家的先进技术，几乎都是先来自军工技术，然后转民用，也就是我们今天所说的“军民融合”技术。

中国新闻网成都11月29日电，由中国科学院光电技术研究所承担的国家重大科研装备——超分辨光刻装备项目29日在成都通过验收，中国科学家已研制成功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，并形成一条全新的纳米光学光刻工艺路线，具有完全自主知识产权。

22纳米意味什么？22纳米是不是世界最先进的光刻机？

光刻机是通过光学镜头多重曝光缩小成像，我国刚刚研发光刻机单次曝光最高线宽分辨力达到22纳米(约1/17曝光波长)，一般情况下多重曝光缩小比例是4:1或者5:1，也就是22纳米至少可以光刻5.5纳米的制程，如果是5:1，甚至可以光刻4.4纳米的线路图。现在荷兰ASML极紫外光刻机最小制程是7纳米。

日本生产光刻机的佳能和尼康出局了，上海微电子所引进国外不见组装的光刻机由于关键部件被国外限制，最好的光刻机制程只有28纳米，而2012年倪光南上书中国最高领导人重启的芯片制造关键设备后，全新开启中国科学院程度光电技术研究所，仅仅用6年时间，研究出了世界最先进的7纳米以下制程光刻机。

中科院光电所超分辨光刻装备项目副总设计师杨勇（左）介绍研制成功的装备整机。

中科院光电所所长、超分辨光刻装备项目首席科学家罗先刚研究员介绍说，2012年，该所承担了超分辨光刻装备这一国家重大科研装备项目研制任务，经过近7年艰苦攻关，项目组突破了高均匀性照明、超分辨光刻镜头、纳米级分辨力检焦及间隙测量和超精密、多自由度工件台及控制等关键技术（也就是突破了光源、高精度光学镜头、高速多自由度纳米精度工作台三大技术，完全国产不受制于西方公司），完成国际上首台分辨力最高的紫外超分辨光刻装备研制，其采用365纳米波长光源，单次曝光最高线宽分辨力达到22纳米(约1/17曝光波长)。在此基础上，项目组还结合超分辨光刻装备项目开发的高深宽比刻蚀、多重图形等配套工艺，实现了10纳米以下特征尺寸图形的加工。

这一世界首台分辨力最高的紫外超分辨光刻装备（是紫外光，还不是ASML使用的极紫外光）是基于表面等离子体超衍射研制而成，它打破了传统光学光刻分辨力受限于光源波长及镜头数值孔径的传统路线格局，形成了一条全新的超衍射纳米光刻从原理、装备到工艺的技术路线，具有完全自主知识产权，为超材料/超表面、第三代光学器件、广义芯片等变革性战略领域的跨越式发展提供了制造工具。

中科光电所研制成功的超分辨光刻装备所有技术指标均达到或优于实施方案规定的考核指标要求，关键技术指标达到超分辨成像光刻领域的国际领先水平。该项目在原理上突破分辨力衍射极限，建立一条高分辨、大面积的纳米光刻装备研发新路线，绕过了国外高分辨光刻装备技术知识产权壁垒，实现中国技术源头创新，研制出拥有自主知识产权、技术自主可控的超分辨光刻装备，也是世界上首台分辨力最高紫外超分辨光刻装备。

同时，利用研制成功的超分辨光刻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，验证了该装备纳米功能器件加工能力，已达到实用化水平。

中科成都光电所超分辨光刻装备项目已发表论文68篇，目前已获授权国家发明专利47项，授权国际专利4项，并培养出一支超分辨光刻技术和装备研发团队。罗先刚表示，中科院光电所后续将进一步加大超分辨光刻装备的功能多样化研发和推广应用力度，推动国家相关领域发展。

看完上面文章，特别是红色文字部分，你再看看下面关于光刻机的介绍，就知道中国在光刻机机研发上的突破有多难。

作为中国人，一定要有自信，美国、日本在光刻机上不能以一国之力研发出光刻机，日本佳能、尼康在与荷兰ASML的竞争中败下阵来，中国从零开始仅仅用6年多时间做到了，并且采用了与荷兰ASML完全不同的设计原理和设计思路，比ASML更好，还可以肯定成本和价格比ASML更省更便宜，荷兰ASML一台7纳米光刻机价格要1.2亿美元，你还要排队，中国光刻机的价格，估计也就一半左右。

在工业上，世界只有两个国家，一个叫中国，一个叫外国。

毛泽东的中国，勒紧裤带一辈人吃了两辈子三辈子的苦，在一穷二白的农耕中国上起步，在30年时间里取得了西方资本主义国家用300年才能取得的成就，那一代人做出了要十代人才能做出成就。全世界今天只有中国是唯一一个覆盖联合国划分的39个工业大类，191个工业中类，525个工业小类的国家，要知道，世界工业革命的先行国家们至今一个都没有能够做到，包括1850年时候国家工业生产值占世界总值50%的英国，以及在1950年至1970年间工业生产值占世界总值50%以上的美国。

世界上，只有中国发展成了一个内生性国家工业化国家，是世界的唯一。

还是毛主席的话有预见性，“多少一点困难怕什么。封锁吧，封锁十年八年，中国的一切问题都解决了。中国人死都不怕，还怕困难吗？”

点开视频，重温伟人气壮山河的讲话

2018年4月6日深夜，国务院引用毛主席的话，表达中国政府对美国政府和特朗普们的鄙视：

延展阅读：芯片生产的核心装备光刻机

什么是光刻机？

光刻机又叫做：掩膜对准曝光系统，光刻系统等，简单的来说，光刻就是将硅圆表面涂上光刻胶，通过光将掩膜版上复杂的电路结构复制到光刻胶上面的过程。

请看下面这段视频：

垄断高端光刻机领域的行业霸者——荷兰ASML

在全球光刻机领域，ASML是这个行业当仁不让的垄断性霸主。

即使是国际晶圆代工大厂，仍需要向这家公司购买先进的光刻机，才能完成芯片生产放样。

一台一亿美元，不讲价，更重要的，还不是现货，每年就卖那么几台。

那么，ASML是谁？

ASML是一家荷兰公司，又叫阿斯麦，是一家专门生产光刻机的企业。

这家公司可以说是世界上最顶尖的光刻机生产商，你也可以理解为世界唯一一家的高端光刻机制造商，世界第二已经它被远远甩在了后面，现在ASML最先进的EUV（极紫外光）光刻机已经能够制造7nm以下制程的芯片。

那么为什么全世界只有荷兰的ASML才能制造顶级的光刻机呢？

ASML并不是一家白手起家的公司，它是从著名电子制造商飞利浦独立出来的一个公司，背后集中了飞利浦无数资源和丰富的研发经验。

ASML最先进的EUV光刻技术，不仅仅是技术的先进，还是生态产业环境的领先，ASML的光刻机中超过90%的零件都是向外采购的，这与他原来的对手，日本尼康和佳能是完全不同，正是因为这样的合作政策，使得他们能够在整个设备的不同部位同时获得世界上最先进的技术，而他们自身可以腾出手来在部件整合和客户需求上做文章。当然，他们采用开放性合作的关键和前提，在于他们不会被其它国家封锁和制裁。

而这种高新技术行业聚合的马太效应特别明显，一旦有一点差距，很快就会迅速拉大。

并且，ASML独特的商务模式，或者说产业生态建设，也是其取得成功的重要原因，ASML规定，只有投资ASML，才能够获得光刻机的优先供货权，就是要成为它的客户，首先要投资给它，成为它的股东。这种商业模式，不仅获得稳定的市场，也使得ASML获得了大量的发展资金。

包括英特尔、三星、台积电、海力士都在ASML中有较大股份，可以说全球大半个半导体行业都是ASML一家的合作伙伴。

这样会发生什么？就是全球高端技术公司抱团，形成了庞大的利益共同体，进行资源优化。

ASML在最先进的EUV光刻技术上，拥有世界第二的专利申请量，这直接说明它掌握了很多光刻机关键核心技术，而专利申请量第一的是德国的蔡司公司，第三的是韩国的海力士公司，这两家公司都是ASML的合作伙伴。

这样良好的产业生态，能让ASML始终都能保持领先的地位，不管出现什么问题，都不会威胁到ASML的市场占有率。

如果没有高精度的光刻机，就生产不出来高质量的芯片。光刻机在制造流程中要使用多次，包括最后的封装环节。

下面说说全球光刻机的市场状况：

现在高端光刻机世界上有美国、荷兰、日本、中国四个国家的5个公司能生产。分别是荷兰的ASML、日本的Nikon、日本的cannon、美国的ultratech以及我国的上海微电子（SMEE）。

这五家里面，荷兰的ASML一家独大，完全垄断了高精度光刻机。目前还在追赶的，只有中国的上海微电子，其他几家都已经放弃，因为技术难度太大，资金投入太多。

目前ASML普遍使用的技术是10nm，其7nm机器已经研制成功。而上海微电子的技术是90nm。

在上海微电子研究出90nm的光刻机的时候，全球最顶尖的光刻机技术是65nm，中国和国外技术差距不大，仅仅相差一代，而之后西方国家对中国光刻机技术进行封锁，在光源技术和镜头技术上受制于人，在ASML能生产7nm级别的光刻机时，中国还只能生产出65nm级别的光刻机，差距拉大。

现在全球只有ASML能生产7nm级别的光刻机，每台7nm制程光刻机售价1.2亿美元，2017年产量只有12台，预计2018年达到18台，至于其“一视同仁”的态度，中国不知道哪一年能买到一台。中国中芯国际能买到的ASML设备的最好技术是14nm生产线。

光刻机顶尖水平追赶过程中的中国企业

1、上海微电子装备有限公司，已经量产90nm光刻机，其65nm光刻机商用量产也已经提上日程

2、中国电子科技集团第四十五研究所光电已经量产的是1500nm光刻机

3、先腾光电科技已经量产800nm光刻机

4、无锡影速光电科技目前已经量产200nm光刻机

大家可以看出，这与ASML技术水平差距巨大。

下图是上海微电子生产的90nm光刻机

极紫外光刻光学技术代表了当前应用光学发展最高水平，国内这几年也在发力突破这些技术难题，打破国外的垄断，2017年长春光机所承担的国家科技重大专项项目“极紫外光刻关键技术研究”顺利通过验收，这标志着国产22-32 nm光刻机设备就要出来了。我们与ASML的差距又缩小了一步。但是发展自主光刻技术技术难度大、瓶颈多，所需资金巨大，很长一段时间也将会没有任何收益，只能依靠国家支持，发挥社会主义制度优越性，把光刻机当成基础学科，财政投入巨额研发经费。

光刻机，拿到图纸也生产不出来的技术差距

很多人都有质疑，中国已经在集成电路领域的晶圆材料、蚀刻机、e—beam、掩膜、标靶、封装等领域都有了巨大突的突破，华微电子的芯片材料和中微半导体科技的蚀刻机都已经是世界一流，为什么光刻机攻克不了？

光刻机是世界上最顶尖的光学、材料学、精密机械等多基础学科的结晶产物，想自己独立生产出来，就要在所有这些学科上都站在世界顶尖位置，并不仅仅是半导体。

在光刻机研发上，中国企业与ASML在资金，专业人才，高精尖技术等多个方面，都存在巨大差距。

第一，在光学、材料学、精密机械等多基础学科没有世界顶尖技术和质量的零件。

光刻机的原理并不难，看下图就知道了，但一台先进的光刻机能有5万多个零件，设计生产并不容易，设计制造的每一步都要求最先进的工艺和零件。

光源和镜片都是核心的零件，光源很复杂，光源提供者美国Cymer是世界领先的准分子激光源提供商，现在被ASML收购了。

ASML使用的镜片是德国蔡司提供的，了解镜头领域的人，应该清楚蔡司的镜头制作水平。而我们国家在这方面落后很多，目前为止，国内也没有一家镜头生产公司，能匹敌佳能、尼康和蔡司。不说光刻机，中国做不出蔡司那样的镜头，光刻机就基本没希望。

上海微电子的总经理贺荣明说过，他在德国看到的镜头抛光工人，其祖孙三代都是负责这个工序，同一个镜片，换成其他工人来打磨，其精度会相差非常大。

ASML使用的反射镜镜片精度要求要多高呢？瑕疵大小仅能以皮米（纳米的千分之一）计。

ASML总裁暨CEO温彼得（Peter Wennink）曾经形象的表示，如果反射镜面积有整个德国大，镜面最高的突起处不能高于一公分高。这样精确的工艺，佳能和尼康都完成不了。

有顶级的光源和镜头，还要有精确到极致的机械精度。光刻机里有两个同步运动的工件台，一个载底片，一个载胶片。两者需始终同步，误差在2纳米以下。两个工作台由静到动，加速度跟导弹发射差不多。中国光刻机生产厂商上海微电子总经理贺荣明形象地形容这个精确度：“相当于两架大飞机从起飞到降落，始终齐头并进。一架飞机上伸出一把刀，在另一架飞机的米粒上刻字，不能刻坏了。”

高端光刻机需要做到两个平台同时运动，而差距不能超过2nm，而一根头发的宽度是60000nm。

ASML的光刻机可以说是人类这几十年来的智慧结晶，是最尖端的光学、材料学、机械等的结合体，即便ASML生产光刻机，还有超过80%的零件是向外采购的，ASML称之为『开放式创新』（open innovation）。美、日两国单独搞光刻机都不行，更何况上述技术领域相对落后的我们。

光刻机的生产，不止关系着一个领域的资源，而是考验各个产业生态的完善和产业的综合能力。

第二、高端人才的稀缺。光刻领域本来就属于极其小众的高端技术领域，因为长期缺乏光刻设备，国内的专业人才也就愈加稀缺。在上世纪70年代，集成电路技术刚起步，我国的起步还不错，至少没有落后太多，甚至有些领域还领先世界水平；但是三十四年过去了，部分制订产业政策的人有总想通过市场换技术“买技术”来缩小差距，我国采取了一条“造不如买”的路线，不肯下决心自主开发，而国外通过研发摸索，积累了大量的技术经验和人才储备，我们却止步不前。

第三，没有足够的资金投入。半导体行业产业链的各个环节都是资金密集型企业。截至2016年年底，国家集成电路产业投资基金股份有限公司＂大基金＂两年多来共决策投资43个项目，累计项目承诺投资额818亿元，实际出资超过560亿元，分散到半导体的设计、制造、封装等各个环节，就寥寥无几。

图丨ASML2017年年报，营收90.53亿欧元，研发费用12.6亿欧元

我们看一下ASML在2017年一年的研发费用投入——12.6亿欧元，合人民币近百亿！这是在成熟技术基础上提高代差的研发投入，上海微电子虽然有国家政策资金扶持，但与ASML相距甚远。按照中国光刻机目前的产业生态，投资1000亿都未必能够，中国要制造出世界最高端的光刻机，就必须建立世界最高端的光刻机零部件产业链。如上面说的反射镜，佳能和尼康最后竞争失败退出光刻机行业，很大程度上是因为建立产业生态需要投入资金过于巨大，在2012年ASML为了解决巨额研究资金的问题，让自己的大客户Intel、三星、台积电巨资入股。

第四、美国等对先进光刻机技术的封锁。由于《瓦森纳协定》受到美国的控制，中国不是协议签约国，ASML受《瓦森纳协定》的约束，对中国的光刻机实行限制性封锁。ASML的商务策略也是针对中国，中国一但在该领域技术有了进展，ASML就对中国解禁一层，你研制出90nm的光刻机，那么我开放75nm，你研制出50nm，我就开放35nm。

ASML就这样一步一步打压着中国，使得中国在技术上取得的进步，无法在市场上产生效益，从而打击中国企业研发高端光刻机的积极性。因此中国政府必须把光刻机当成基础学科和战略安全重器来扶持，不惜财力成本，就如中国研究095核攻击潜艇和096核战略潜艇一样。095、096保卫国家的安全，高端光刻机保卫中国集成电路产业的安全，两者同样重要。

图丨封锁中国技术的《瓦森纳协定》

最后一个摆在中国光刻机企业面前的问题是市场，现在的荷兰的ASML公司垄断了全球80%以上的光刻机市场，并且与半数以上的世界芯片大厂结成了利益联盟，即使中国自主的光刻机上市，能否从ASML手中抢到一定市场份额，也是一个问题。ASML就对中国技术解禁政策，一方面配合美国技术封锁中国，一方面打压中国企业的市场。

尽管芯片制造领域中国面临重重困难，但是在芯片产业链中必须要在核心节点完全自主，因此中国也一定要发力研发出自己的具有自主知识产权的高端光刻机来。

我们可以肯定，中国的光刻机技术在采用了与ASML完全不同的原理和技术路线之后，在价格上完全有优势与之竞争。

延展阅读：芯片制造业另一关键装备“蚀刻机”，中国已经做到了世界领先的7纳米水平。

什么是刻蚀机

在等离子刻蚀机领域，中微半导体设备有限公司（AMEC，简称中微）自主研发的世界领先技术的7纳米介质刻蚀机荣幸地被中央电视台《大国重器》栏目收录，节目已2018年3月3日21:50在中央二台财经频道首播——《大国重器》（第二季）第六集《赢在互联》

十三年前，当时已经60岁的尹志尧决心放弃优越的物质待遇，离开美国并回国创业。有媒体直接引用过尹志尧说过的一句话：“给外国人做嫁衣已经做了很多事情了，那我们应该给自己的祖国和人民做一些贡献，所以就决心回来了。”用了十三年，中微半导体设备有限公司研制出了世界领先的刻蚀机。

尹志尧一同回来的是三十位在应用材料、科林等国际刻蚀机巨头有着20—30年半导体设备研发制造的经验的资深工程师。在回国之际，所有技术专家承诺不会把美国公司的技术，包括设计图纸、工艺过程带回国内，美国方面也对归国人员持有的600多万个文件和所有个人电脑做了彻底清查。

回国之后，尹志尧团队从零开始，重新组织技术思路，创新技术并申请了专利，终于在2008年，中微半导体的刻蚀机开始打进国际市场。对于这种情况，国外公司无法接受中国人能在3年内做出高性能刻蚀机，应用材料和科林相继对中微半导体提起专利诉讼。在中微半导体拿出了自主研究的关键技术专利证据之后，两次扩日持久的国际诉讼都以中微半导体获胜告终。
　　随着中微半导体的崛起，2015年美国商业部的工业安全局特别发布公告，由于认识到中国可以做出具有国际竞争力的，而且有大量生产的等离子刻蚀机，所以决定把等离子刻蚀机从美国对中国控制的单子上去掉了。

“中国技术标准”和“中国价格标准”的结合，让中国在高端刻蚀机市场的产品竞争力毋容置疑。

为了将视频中关于刻蚀机的一些关键指标展示出来，我们截屏这些图片：