光刻机产业链全景图（光刻机 产业链）

现代光学工业之花——光刻机

光刻机（Mask Aligner）是采用类似照片冲印的技术，把掩膜板上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上的设备，是制造芯片的核心装备，也是目前顶尖 科技 的代表。中美 科技 竞争下，因光刻机使用部分美国技术，华为自研的高端芯片供应链被掐断，中芯国际也无法采购最先进的EUV。高端光刻机已成为当前中国半导体的软肋。

高精度光刻机的制造工艺极其复杂，核心零件便有8万个左右，共需要超10万个零部件，因此，光刻机也有了“现代光学工业之花”的称号。如此高的制造门槛，也就导致了光刻机制造领域的玩家也寥寥无几。“头部玩家”基本被荷兰阿斯麦（ASML），日本的尼康和佳能垄断：

佳能光刻机

佳能光刻机的 历史 始于对相机镜头技术的高度应用。佳能灵活运用20世纪60年代中期在相机镜头开发中积累的技术，研发出了用于光掩膜制造的高分辨率镜头。此后，为了进一步扩大业务范围，佳能开始了半导体光刻机的研发，并于1970年成功发售日本首台半导体光刻机PPC-1，正式进入半导体光刻机领域。目前，佳能的光刻机阵容，包括i线光刻机和KrF光刻机产品线。佳能已累计出货5600余台光刻设备，覆盖众多领域，尤其是在步进光刻机细分市场，佳能有超过80%的市场份额，受到了中国客户的喜爱。

尼康光刻机

尼康则是凭借相机时代的积累，在日本半导体产业全面崛起的初期，一度成长为全球光刻机巨头，独占行业50%以上的份额。手里的大客户英特尔，IBM，AMD，德州仪器等几乎每天堵在尼康门口等待最新的产品下线，一时风光无两。然而，在美国政府将EUV技术视为推动本国半导体产业发展的核心技术后，美国便将自己一手支持的当 时尚 属小角色的阿斯麦推上前台，并在半导体干湿刻法的技术之争中胜出，尼康也由此开始衰落。其昔日的客户和盟友纷纷背叛，晶圆代工厂基本都将尼康的光刻机排除在大门之外。尼康目前出货的光刻机基本只能卖给三星，LG，京东方等用来生产面板。受各业务下滑影响，尼康不得不进行了多次的大规模裁员。

ASML光刻机

ASML现在则是光刻机制造领域无可争议的霸主。它为半导体生产商提供光刻机及相关服务，其TWINSCAN系列是世界上精度最高，生产效率最高，应用最为广泛的高端光刻机型。全球绝大多数半导体生产厂商，都向ASML采购TWINSCAN机型，比如英特尔（Intel）、三星（Samsung）、海力士（Hynix）、台积电（TSMC）、中芯国际（SMIC）等。

市场上的主力机种是XT系列以及NXT系列，为ArF和KrF激光光源，XT系列是成熟的机型，分为干式和沉浸式两种，而NXT系列则是主推的高端机型，全部为沉浸式。

ASML基于极紫外（EUV）光源的新型光刻机，型号定为NXE系列，是一个划时代的产品，关键尺寸在10nm以下的芯片晶圆，只能用EUV光刻机生产，ASML实现了该领域的100%垄断。

在国产光刻机制造企业当中，上海微电子相对比较出色。

目前，上海微电子能量产的光刻机是在90nm，其主要在低端光刻机领域发力，在低端领域拿下全球40%的市场份额。而中国有80%的低端光刻机都来自于上海微电子。今年，上海微电子将交付中国首台28nm immersion式光刻机，制程技术进步不小。

以上对比可以看出，中国和日本在光刻机领域已存在不小的差距，而在与全球顶尖供应链厂商ASML相比时，更是难以企及。难怪ASML公司总裁放言，就算把图纸给我们的公司，也永远仿造不出顶级光刻机！这话虽然听着让人非常不爽，但是不得不承认这就是现阶段的现实问题！

如今，在美国霸权限制横行之下，中国已深深明白了光刻机的极端重要性。每个中国人也都心知肚明，只有我们自己真正拥有，才能无所畏惧。在芯片问题亟待解决的今天，加上国家的大力引导，中国人自己的高端光刻机必将更早成为现实。

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中国作为世界上唯一拥有全产业链的国家，为什么还会被光刻机卡住脖子呢？

中国拥有41个工业大类、207个工业中类、666个工业小类，是联合国认证的在全世界范围内唯一拥有完整工业门类的国家。

但是就是这样一个拥有全产业链的国家为什么还会被光刻机卡住脖子呢？

光刻机的原理

尽管光刻机的原理网上一搜到处都是，但这里我们试图用一些通俗易懂的概念来讲解光刻机的大致原理。

光刻机的主要用途是用来制造芯片。往往芯片的大小就如同人的指甲，就是在这小小的指甲片上集成着数十亿个元器件，说起来你的指甲片上附着的细菌都没这么多。

那么如此多的元器件是怎样集成在这么小的地方上的呢？一般来说，我们要制造某种东西都是先将组成这种东西的零件制造出来然后拼接起来，但对于芯片来说，世界上还没有能够将芯片上的元器件单独制造出来的工具，所以只能从整体出发。

芯片制造简单流程

光刻机正是沿用整体思路，但是要在这么小的地方“刻”出数十亿个元器件传统的方法肯定行不通，总不能用刀刻，用水洗出来元器件吧，所以“刻”出元器件的工具也非同寻常那就是“光”。以过去颇为流行的胶卷相机为例，胶片是黑色的而且不能见光，见光就会变白变得没什么用了，研制光刻机的工程师们也找到了遇到光线就很容易溶解的胶片，这种特殊胶片就是光刻胶。

举个例子，如果我们想在芯片上刻上去一个正方形，那么我们就用正方形的光线去照射涂抹光刻胶的芯片，光刻胶溶解的同时也会连带下面的硅层溶解，这样在经过后期的一些处理芯片上就会出现刻出来的正方形。而正常的光刻是数十亿个元器件一同进行的。

光刻示意图

但还有一个问题是这些芯片上的元器件不可能都是像方形、圆形这样的简单图形，总不能为此制造不同光线的发射器吧，光刻机的工程们又想到的了投影仪的原理，或者是中国古代传统的皮影戏，只要制作出了“剪影”，然后将“剪影”用光线投射到硅片上就可以了。

光刻机领域被卡在哪里？

中国被光刻机卡脖子这句话其实有些片面，我们并非不能制造出光刻机。

中国的上海微电子装备有限公司是世界上少数可以制造光刻机的公司，根据最新的消息，该公司已经成功研制出28nm制程的光刻机。

那么，光刻机既然能被制造出来那么它又被卡在哪里了呢?

总体来说，光刻机的镜头、光源、掩膜台等方方面面都受到一定的制约，但这不能全部归咎于中国产业链全而不强，因为世界经济贸易呈现全球化的特点，即使是光刻机的制造龙头荷兰的ASML，也是从全世界采购光刻机元件，最后进行组装。

荷兰ASML公司

而中国由于受到高科技设备进口的限制无法购买制造光刻机的高端器件，所以生产的光刻机大部分只能成为“备胎”或低端芯片的生产设备，大陆最大的芯片代工公司中芯也不得不花费数亿美元进口ASML，而且时不时面临延迟交货、断供的风险。

光刻机内部结构图

这里，我们以光刻机的配套材料光刻胶谈谈卡脖子问题。

美国的两个小弟，日本与韩国早就互看不顺眼，所以经济实力比较强的日本对韩国发动了经济制裁，禁止出口有关半导体的生产材料，虽然进出口名单中并不包含光刻胶，但显然也是制裁韩国的利器之一，原因无它，日本在光刻胶的生产上占据垄断地位，约占全世界80%的光刻胶份额。

世界光刻胶份额

光刻胶大致分为正光刻胶和负光刻胶，大致的成分多是以脂类的感光物质以及其他溶剂。光刻胶对于光刻机的重要性就如同胶片对于胶片相机，光刻胶质量不合格，就算是1nm制程的光刻机也不会有生产力。

光刻胶的制造难点不在于它的化学成分是什么，这些很多资料上都有，最重要的还是制造光刻胶的工艺流程，比如说制造出来的光刻胶其金属残留浓度要极低而这做到这一点不仅需要大量资金的投入还要不同学科科研人员以及工程师们共同的努力配合。

当然，中国也是可以制造光刻胶的，但是主要是应用在低端产业的（主要应用于印刷电路板），而半导体光刻胶（代表光刻胶最先进水平）、面板光刻胶在国内基本没什么份额，见下图。

国内光刻胶分布

目前，中国的光刻胶正在向LCD光刻胶即面板光刻胶发力，一些企业也逐渐采用国产化光刻胶，目前的国产化率虽然不高，约为10%但份额仍在有序上升，而半导体光刻胶国内正在进行攻关，一些半导体光刻胶如KrF光刻胶已经通过国内验证。

国产化光刻胶之路仍然路途迢迢，但是胜利的希望在不断扩大。

对于光刻机领域的常见误解

由于光刻机对于普通人就是高大上的存在，所以对于光刻机有很多的误解。

误解一：有了光刻机就能制造芯片。

这是很常见的误解之一。实际上，光刻机也只是制造芯片流程的一部分，或者说主要工具之一，其他的等离子刻蚀机、离子注入机、晶圆划片机等设备也是制造芯片缺一不可的设备。

除此之外制造工艺也是和设备等同重要的，如果制造工艺不合格不仅芯片生产不出来甚至还会导致设备损坏，就像台积电尽管设备是自己的，但使用了美国的技术依旧无法为华为代工，另外设备的维护也需要专业人员操作。

芯片生产过程

很遗憾的是，除了少数设备我们追平了国际先进水平，其他的仍然有一定差距，光刻机只不过是被推出来反思的工具而已。当然，光刻机的确是最重要的设备，而国外对我们的封锁也主要在这里。

误解二：关于光刻机的称呼问题

网络上包括一些新闻媒体用 xx 纳米光刻机来指代光刻机能制造什么级别的芯片，其实这是不严谨的说法，准确的说法应该是光刻机的xx纳米制程，或者xx纳米制程光刻机，这也体现了上面说的工艺流程的重要性。

光刻芯片

实际上，根本没有所谓的什么14nm光刻机、5nm光刻机，我们看到的也只是xx纳米的工艺研发成功而并非光刻机。