集成电路与光刻机（集成电路与光刻机 王向朝）

天天谈论芯片 你可知芯片究竟是什么？

天天谈论芯片 你可知芯片究竟是什么?

作者：刘植荣

我们天天议论芯片，你可知道芯片究竟是什么？

1.芯片的发明改变了人类生活方式

1947年12月23日，美国贝尔实验室3位科学家约翰·巴登、威廉·肖克利和瓦尔特·布拉顿发明了锗晶体三极管，电子世界进入半导体时代。晶体三极管的3位发明人获得1956年诺贝尔物理学奖。

20世纪50年代是半导体的黄金时期，几乎所有的半导体材料和基本工艺都是在这一时期研发出来的。

1954年10月18日，美国德州仪器公司发明了晶体管收音机，这个有4只晶体三极管的收音机小到可以装到口袋里。

1958年9月12日，德州仪器公司电子工程师杰克·基尔比（1923年-2005年）发明了集成电路，并在1959年成功制造出世界上第一块集成电路，即芯片。该集成电路就是在一块锗片上蚀刻出PNP型晶体管（三极管）、电阻和电容，用外部导线把它们连接成电路。这块简陋的集成电路拉开了芯片产业的序幕，也把人类 科技 水平推向一个新的高峰，并彻底改变了人类的生活方式。

芯片制造技术的不断进步让单个晶体管价格大降。1959年，一块芯片上有6个晶体管，折合每个晶体管10美元； 1971年，一块芯片上有2000个晶体管，折合每个晶体管0.3美元；2004年，一块芯片上有上百亿个晶体管，单个晶体管价格跌至十亿分之一美元。芯片性价比的提高，让芯片进入普通百姓家庭成为可能。

芯片可谓20世纪最伟大的发明，其他很多发明也建立在芯片的基础上。今天，我们生活在一个被芯片包围的世界里，没有芯片寸步难行。

百姓日常生活离不开芯片，手机、电脑、智能手表等智能设备有芯片，光猫、路由器、U盘、储存卡、移动硬盘等网络设备和电脑外设有芯片，身份证、护照、银行卡、购物卡、消费卡等随身证件有芯片，电视、音响、投影仪、充电器、LED灯、电子秤、空调、冰箱、微波炉、电磁炉、热水器等家用电器也有芯片，门禁、监控、太阳能电池等也需要芯片。如果谁发明一种代码让世界上所有的芯片失效，那人类生活将会停滞。

杰克·基尔比因发明芯片获得2000年诺贝尔物理学奖。他也是手持计算器和热感打印机的发明人。基尔比被人称作科学家时，他谦虚地说：“科学家是解释事物的人，要有伟大的思想；而我是解决问题的人，就是个工程师，职责就是发明新工艺，制造新产品，而且还要从发明创造中赚钱。”

2.认识芯片必须首先了解“PN结”

从上文可知，在半导体材料上制作出二极管、三极管、电阻、电容等电子元件，再用导线把它们连接起来，这就是集成电路，也叫芯片。要想认识芯片，必须首先了解“PN结”，它是半导体技术的核心。

半导体材料掺入五价元素，电子浓度增大，形成N型半导体；半导体材料掺入三价元素，空穴浓度增大，形成P型半导体。“空穴”指的是共价键上的电子获得能量后摆脱共价键的束缚成为自由电子后，在共价键上留下的空位。

P型半导体与N型半导体紧密接触后，带负电的电子和带正电的空穴便向对方扩散；电子和空穴在扩散中导致接触面形成内电场，内电场又阻止这种扩散，让电子和空穴向回漂移。当电子和空穴的扩散速度和漂移速度达到动态平衡时，P型半导体与N型半导体的接触面便形成“PN结”。

“PN结”的主要性能就是“单向导电性”。如果把P型半导体端作正极，N型半导体端作负极，电流便可通过PN结；如果把N型半导体端作正极、P型半导体端作负极，电流则不能通过PN结。计算机用二进位就是由“PN结”的性能决定的，电流通过“PN结”代表“1”，电流不能通过“PN结”代表“0”。

“PN结”就是二极管。如果让两块P型半导体中间夹着一块N型半导体,就构成三极管，也就是上文提到的PNP型三极管。当然，如果让两块N型半导体中间夹着一块P型半导体，这就成了NPN型三极管。

普通人是看不到芯片“真身”的，芯片小如人的头皮屑，大的也就像人的指甲盖，因为它太单薄，必须封装在密封的壳中才能连接到外部电路上。打开电脑、电视等电器，可以看到一块很大的电路板，电路板上有很多电子元件，那些有多个引脚的电子元件就是芯片，这些引脚连接着芯片的输入输出端，有的在芯片封装体的两侧，有的在四个面上，有的则是在底部成矩阵排列，密密麻麻，有1000多个引脚。

3.造芯片好比在一粒米上雕刻地球及所有道路建筑

这里需要提及一个概念，那就是“摩尔定律”。1965年，世界著名芯片制造商美国英特尔公司的创始人之一戈登·摩尔提出，单片芯片上的晶体管数量会每年翻一番。后来他更正为每两年翻一番。这一判断经过实践验证基本正确。2011年，英特尔酷睿i7芯片上有22.7亿个晶体管。目前，一些高端芯片上的晶体管数量超过数百亿个。几年前，半导体厂商Cerebras Systems用台积电16纳米制程工艺生产的AI芯片WSE，则集成了1.2万亿个晶体管！

“制程”指的是芯片上晶体管栅极宽度，我们可以把它通俗地理解成晶体管的大小。制程越小，在一块芯片上制作的晶体管就越多，集成电路的规模就越大。

芯片运算速度不断提高，得益于芯片的集成度越来越高。芯片的集成度越高，上面的电子元件就越小，各电子元件之间的导线也就越短，电流通过时用的时间随之缩短，能耗减少，处理速度加快。

让一块芯片承载更多的晶体管，有三种方法，一是增加芯片面积，二是缩小晶体管体积，三是让集成电路立体化。增大芯片面积一般不被考虑，因为这会增加能耗，降低芯片的效率。现在，人们主要采取后两种方法增加芯片上的晶体管数量。

芯片制造属于微观世界，上面的电子元件小到只有几个原子或几个分子大，要用更小的度量衡单位纳米和埃来衡量。一般尺子上的最小刻度是毫米，1毫米等于1000微米，1微米等于1000纳米，1纳米等于10埃。人的头发直径是7万纳米，周长是22万纳米。用制程5纳米工艺制造芯片，就好比沿着一根头发修建4.4万条公路。

缩小电子元件体积是有极限的，人们便考虑在一块芯片上搭建多层集成电路来增加晶体管数量。这就好比是建居民住宅，平房容纳的居民数少，盖成几十层高的楼房容纳的居民数就多。集成电路的叠加要比盖楼房复杂得多。楼房各层布局是相同的，而芯片各层电路是不同的，层与层之间的连接异常复杂。

我们再进一步比喻，制造芯片就像在一颗米粒上雕刻出一个完整的地球，而且还要把地球上所有的道路和建筑都要雕刻出来。道路就是芯片上的导线，建筑就是芯片上的电子元件。通过这个比喻，读者便可想象，制造芯片该有多复杂，难度该有多大。

4.硅的提纯是芯片产业的基础　

半导体材料很多，但在实际应用中，九成以上都选用硅，因为硅的熔点是1415摄氏度，可在芯片加工中允许高温工艺。

硅是从沙子冶炼来的，但要把沙子冶炼成能制造芯片的硅，需要极高的纯度。我们把纯度是99.99%的金叫纯金（4个9），但制造芯片的硅的纯度至少要达到11个9，即每10亿个硅原子里的杂质原子不得超过1个，这一纯度的硅1955年美国贝尔实验室就提炼出来了。目前一块芯片上有数以千亿计的电子元件，对硅的纯度要求更高，至少为13个9，这是芯片制造的基础，不掌握硅的提纯技术，是不可能造出芯片来的！

读者会问，为什么制造芯片的硅要求纯度这么高? 芯片上的电子元件非常微小，如果用5纳米制程工艺制造芯片，上面有1纳米的杂质就会把整块芯片废掉。我们不妨打个比方。如果一条公路40米宽，公路中间有块1米宽的大石头， 汽车 可避开这块石头走，不会造成交通拥堵。但是，如果一条公路只有5米宽，公路中间有块1米宽的大石头， 汽车 就避不开这块石头了，这条公路就堵死了。

所以，制造芯片不但要求硅的纯度高，还要求制造工艺的各个环节是无尘的，其纯净度是医院外科手术室的10万倍，甚至有一半的工艺是在真空环境下进行的。正因为如此，新冠肺炎疫情下芯片制造厂无需停工抗疫，因为工作人员从头到脚全身防护，有的防护服甚至自带呼吸系统，以防人体新陈代谢的脱落物和呼出的气体污染芯片。

5.光刻机其实是集成电路投影仪

“光刻机”这个名字翻译不准确，很有误导性，很多人误认为光刻机通过物理接触在晶体硅表面上“刻”出集成电路来，就像电脑刻字一样。其实，芯片不是“刻”出来的，而是“照”出来的。所以，光刻机叫“集成电路投影仪”更贴切。

当制造芯片的晶圆进入光刻工艺阶段时，光刻机通过掩模版把集成电路图投影到晶圆表面的光刻胶上，光刻胶曝光后，通过化学药液把曝光区域蚀刻，然后清洗，这样，集成电路的图形就出来了。光刻过程和传统照相的照片冲印是一个道理，光线通过底片让相纸感光，然后把感光的相纸放在药液里显影、定影。

一块芯片要经过数十次甚至数百次光刻，光刻后的若干工艺还需要几个星期，然后才能进入封装阶段。

芯片制造技术日新月异，但芯片制造的大多数核心技术出自贝尔实验室，贝尔实验室为信息技术革命所做的贡献永垂青史。

7.有光刻机就能造芯片吗？

很多读者对光刻机很感兴趣，认为有了光刻机就能造出芯片来。其实不然，虽然光刻机在芯片制造中占重要地位，但它仅是芯片制造1000多道工艺中的一道而已，有了光刻机但如果没能掌握其他工艺，照样造不出芯片来。

1961年，美国GCA公司制造出世界上第一台光刻机。目前，世界上有4个国家的7家公司可以制造光刻机，即荷兰的阿斯麦尔，美国的英特尔、超 科技 半导体、鲁道夫，日本的尼康、佳能，德国的速思微科。

上文已述，芯片产业的基础是材料，也就是硅的提纯，不掌握硅的提纯技术，生产不出芯片级纯度的晶体硅，造芯片就无从谈起。

再有，芯片上有数以千亿计的电子元件，这么庞大的电路靠人工是画不出来的，必须使用电子设计自动化软件EDA。EDA是诸多自然学科的综合运用，由美国凯登、新思 科技 和明导三家公司垄断。

EDA在芯片制造过程中起着决定性作用，芯片的功能和集成度，完全取决于EDA的设计能力。有了高纯度硅和光刻机，却没有EDA或不会使用EDA，照样造不出芯片来。

光刻机的技术有没有可能是外星科技，欧美各国瓜分了技术？

没有可能是外星 科技 ，如果是外星 科技 现在就不是7nm技术了，就是1nm技术，甚至更极限的技术了。

大部分人不了解光刻机的发展历程，所以对于光刻机的原理，以及发展到如今，成为制约我们国家芯片发展的主要障碍，都感觉到迷惑。

我们先来说说光刻机的发展历程，让你明白光刻机是怎么来的？

1978年英特尔制造了第一个CPU名为i8086，这一款CPU所使用的指令集，后来被命名为X86指令集。这是世界上第一款微处理。英特尔之前的产品主要都是存储器。

同年1978年，美国GCA公司制造了第一台光刻机。工作节点是1.5μm（也就是1500nm），之后经过多年的发展，逐步发展到1999年的180nm。

这个时期采用的激光的光源，都是波长都比较长。有436nm，和365nm，之后开始使用248nm的波长作为光刻机。

在2001年后，光刻机市场在193nm光源处，停滞了多年。一直无法突破，没有办法在波长下降的同时达到能量的不变。

因此，经历了长达20年的研究（1999年就开始研发级紫外线技术，光刻机），终于在2013年成功，并且量产出货。如今EUV光刻工艺，已经到5nm工艺阶段，7nm工艺已经非常成熟。

2、光刻机的原理是啥？为什么他不是外星人的技术？这其实就是激光雕刻机！

全球激光技术起步很早，使用激光去除在硅表面的保护膜，蚀刻液会腐蚀保护膜较薄的地方。原理上就好像使用激光打标机，或者说激光刀切割东西是一个道理。但又有区别。

光刻的概念，最原始的应用，就是使用激光的高能量，可以灼烧，实现切割，雕刻。应用在芯片制造中，并不是直接的光雕刻，而是曝光后，蚀刻。有些类似于中国古人在石碑上，有腐蚀性液体写字，这种道理。

后来缓慢的技术发展，不断地寻找更小的激光束，用来去除多晶硅表面的掩膜。也就是相当于，找到更小的刻刀，用来雕刻。

这个原理其实很容易理解。

其实就相当于，将放大的一个电路板，根据光照的情况，哪里没有遮挡，就会有光投过去，通过一个镜头（物镜）将激光投射到下面的晶圆上面，有激光照射的地方除去表面的掩膜，蚀刻液就会立刻进行雕刻。

这是多么单纯的技术，怎么能说是外星人的技术？外星人有这么low吗？

3、如果你清楚，尼康，佳能，ASML就知道知道，这就是人类的技术！

从上世纪开始，尼康，佳能，ASML三家就一直把持着光刻机的市场。

整个光刻机的市场，就是在光学技术领域的发展中不断进化的。所以不存在所谓的外来世界的技术。只是技术的进步比较快，并且我们国内错过了比较好的时期而已。

4、中国很早就开始研发光刻机了

1980年之前，中国其实很早就研发光刻机了。1978年上海光学机械厂就已经研制陈宫了JKG-3光刻机。当时ASML还没有成立，佳能，尼康还是光刻机行业的大佬。那个时候，国内同国外虽然有差距，但是还没有现在这么远。

在进入1980年之后，国内改革开放，大量国企改组，国家也没有再向之前那样扶持光刻机的发展，并且受到国际市场产品的冲击，国内国企当时的成本较高。没有足够的下游芯片制造市场购买光刻机，产品就逐步淘汰了。

可以说，中国曾经丢失了，我们可以留待今天绝地反击的底牌。

先假设推定一下，光刻机技术来自于外星 科技 ，那么，有能力捕捉或获取这一技术的当然是美国，如果美国获取了这项技术，应该是把光刻机工厂建设在美国才对，而不是建设在荷兰。另外，如果是外星技术，美国掠夺来的，外星人为何不回来报复美国？如果是免费赠送给地球的技术，那么就应该把这项技术公平地分享给世界各国，但事实上并非如此。

其实，答案非常简单，目前地球上的一切技术都来自于人类的智慧，没有任何一项技术来自于地球之外的文明。别把这个当真。更别把欧美妖魔化的太厉害，好像他们什么都能搞定一样。中国也有光刻机企业，如果欧美国家持续对于中国实施技术封锁，中国也会研发自己的高端光刻机。

目前在全球45纳米以下高端光刻机市场当中，荷兰ASML市场占有率达到80%以上，而且目前ASML是全球唯一能够达到7纳米精度光刻机的提供商，所以ASML才是全球芯片业真正的超级霸主一点都不过分。正因为得益于技术领先，目前ASML的市场份额也是很大的，目前全球知名芯片厂商包括英特尔、三星、台积电、SK海力士、联电、格芯、中芯国际、华虹宏力、华力微等等全球一线公司都是ASML的客户。

荷兰的光刻机技术强大主要靠ASML，ASML成立于1984年，由飞利浦与先进半导体材料国际（ASML）合资成立，总部位于荷兰的费尔德霍芬。1995年，ASML收购了菲利普持有的股份，称为完全独立的公司。

那么，为什么只有这家公司垄断世界光刻机市场呢？分析下来有如下几个原因：

1、持续不断的高强度研发投入。举例来说，2019年ASML的销售额大概是21亿欧元，而研发费用支出就达到了4.8亿欧元，研发费用占营收的比例达到22.8%，研发费用投入比例无有出基右者。正是因为连年的持续高额投入，才使得这家公司能够始终站在光刻机市场的前沿。如果中国耐心持续投入光刻机研发，假以时日，照样可以追赶上ASML的水平。

2、美国、欧盟等国家的大力扶持。这家公司比较特殊，尽管它自身每年投入巨资搞研发，与此同时，包括美国、欧盟等其他机构的技术研发成果，也都无条件地注入该公司，以确保其在光刻机产品上的领先地位。可以说，它是举欧美整体之力，而支撑起来的超级 科技 公司。目前世界上绝无仅有。它有点像飞机制造领域里的波音和空客，前者是美国举国之力，后者是欧洲举各国之力。

3、其实，光刻机市场并不大，占市场份额80%的ASML公司，2019年的销售额才21亿欧元，也就200亿元人民币的盘子。因此，很多公司看不上这一块市场。认为，有ASML就可以了，其生产能力也足以供应全球市场需求。然而，由于美国对中国搞技术封锁，使得中国无法购买到ASML最先进的光刻机设备，这才使得光刻机走上前台，备爱瞩目。

其实，世界上任何一个国家或公司，如果从头研发一种制造业的生产设备，都面临非常大的困难，何况要研发最精密制造设备光刻机呢？以美国当下的 科技 实力，如果让美国再创建一家光刻机公司的话，也得从头做起。

没见过光刻机，总看见过微雕了吧？没看见过微雕，总听过鸡蛋壳里做道场这句话。

光刻机是被中国人自己丢掉的，不要怪别人忽悠，是傻瓜才听别人忽悠，你能承认自己是傻瓜吗？还有就是软件，各种各样高精尖工业软件，也还在别人的手里。这些是美国人打压中国才露出的问题，美国可以肯定的讲早在一百年就布了个大局，从意识形态到文化经济，只有一个出乎美国意料是中国共产党的胜利和中国的崛起。

中国一直都在破美国的局同时也在崛起的路上。我只希望中国的智库先生多一些实事求是的精神给中国政府出一些有利于中国前进的方案和遇到困难解决的手段！

实事求是。这是毛泽东思想的精髓！毛泽东就是实事求是的根据中国不同阶段所产生的问题，不断的调整前进的方向和提出解决问题的方法。

我相信只要有共产党在，光刻机和芯片软件都是前进路上的小石头，办法总比困难多！

没有什么外星人和外星技术，至少目前还没有接触到！有的就是人类对自身的短视和偏见！短视和偏见最近在美国人身上看到了，希望中国人身上没有。

光刻机没有那么神秘，它只是一项技术。神秘的是 历史 总是每前进一波，就会回踩一下筑底确认，然后再艰难爬坡，而不是线性地一路向上，这里面有很多遗憾，让人唏嘘。

上世纪60年代，我国已布局研发光刻机，中科院于1965年研究出接触式光刻机，并于1970年开始研究计算机辅助光刻掩膜工艺。此外还有：武汉无线电元件三厂于1972年编写了《光刻掩膜版的制造》，清华大学1980年研制的光刻机技术精度已达3微米。但光科机技术于上世纪八十年代被叫停，20几年的技术积累就此终结。

此外还有一些出乎我们意料的情形：

武汉于晚清末期，已在洋务重臣张之洞主持下，街头出现了国内最早的公用电话；电影于1895年诞生在法国，第二年便落脚于上海，上海电影产业于上世纪二十年代，几乎和世界电影发展保持了同步，被称为东方好莱坞。

最初实验性的动画虽然不是诞生于中国，但万氏兄弟于1922年在上海做出了动画片《舒振东华文打字机》，1926年做出了《大闹画室》。美国迪士尼由米老鼠主演的《汽船威利号》于1928年才正式诞生，这至少说明中国动画起不一点也不晚。万氏兄弟于1941年制作的《铁扇公主》，和迪士尼于1937年制作的《白雪公主》难分伯仲，它深刻影响了日本一位名叫手冢炙虫的医生，手冢毅然转行学习动画，并以代表作《铁臂阿童木》为日本动画打下了基础。

以上既不是为了说明“我们祖上比你强多了”，也不是为了发放马后炮式的牢骚，而是想表明，纯粹技术性的 探索 和发现，中国就算在比较困难的时期也总是走在世界前列的，但我们似乎总是在系统性、长远性的设定上欠缺，一再地吃那种“起得很早，却赶了晚集”的亏，这也表明，一个国家、民族的真正复兴，苦练内功的时候已经到来了，躺赢的想法再也立不住脚了。

地球上，一切 科技 的发展，都是人类智慧的结晶，至少在当下，没有足够令人信服的理由，能证明有外星人的存在，并将光刻机技术传授给了欧美国家。

光刻机，是生产大规模集成电路的核心设备，制造和维护需要高度的光学和电子工业基础，被称为“现代光学工业之花”，制造难度非常大。

目前，全世界只有ASML、尼康、佳能、SUSS、.台积电、中芯国际、上海微电子装备等少数几家公司能制造，可谓高 科技 领域的皇冠。

其中，荷兰的ASML是全球唯一能够达到7纳米精度光刻机的供应商，市场占有率达至少有到80%，显示了此领域排头兵毫不动摇的地位。

5月15日，美国商务部宣布，将全面限制华为，购买采用美国软件和技术生产的半导体。对此，华为仅用一句话回应：“没有伤痕累累，哪来皮糙肉厚，英雄自古多磨难。回头看，崎岖坎坷；向前看，永不言弃。”

美国竭尽全力，打压一家中国民营企业，要将其置于死地，这在全世界都是绝无仅有的，为了打击华为，美国修改制裁规则，要求所有用过美国技术或设备的公司，不得卖芯片给华为。

由于美国的全力打压，对中国搞技术封锁，将使得中国无法通过正常渠道，购买到全球最先进的光刻机设备，一旦总部位于中国台湾新竹科学园区的台积电被切断，内行人都知道，形势就急转直下了。

在美国宣布限制代工厂给华为供货的同一天，位于上海的中芯国际，突然宣布重大消息：国家集成电路基金二期和上海集成电路基金二期，将分别向中芯控股旗下的中芯南方注资15亿美元和7.5亿美元，以获取23.08%和11.54%的股份，总计22.5亿美元。

与此同时，华为与中芯国际则已强强联手，中芯国际14纳米给华为代工了麒麟710A芯片，良品率达到95%以上。

目前，中芯国际已攻克了7纳米技术，并不依赖最先进的EUV光刻机，估计年内可以量产，这也能解决华为7纳米芯片的生产，至少在芯片领域，美国人已无法令华为似中兴那般举手投降。

假以时日，中国科研工作者也能攻克比7纳米精度更高的芯片，对华为的保护显然已上升到国家层面，政府不可能让华为倒下。

在芯片领域，将投入海量资金和科研人员，绝不甘心被他人打压而彻底趴下而认怂，这不符合中华民族生生不息的强大战斗精神。

多少听上去不可能，如航空发动机，被称做“螺蛳壳里做道场”，光刻机用的纳米 科技 ，纳米不过一个较小的长度单位，10的负9次方米，打个比喻，一根头发直径的六万分之一，这样一说可见，7纳米的芯片，也没有多大对吧？因此被称为外星 科技 ，也不过分。

现在的芯片，多种多样，开始进入信息时代的全球 科技 ，因为使用广泛，从而成为 科技 领域的最高代表之作，其中尤以荷兰的阿斯麦芯片，最为突出，占据全球高端芯片市场的90%。

芯片制造，使摩尔定律开始失效，集中体现在光刻机，被称为打印思想的钢印机器。要说到它的恐怖程度，给了你制造光刻机的图纸，同样造不出来，原因正在于它的一切设备都集中了最具尖端的技术。

如光源来自美国的Cymer，镜头则来自德国。谁供设备谁受益，成为股东之一，三大股东分别是美国英特尔，韩国三星和中国台湾的台积电。公司总部虽设在荷兰，技术则没有荷兰多少事。

形成了垄断，自可分食而肥，一台上亿美元，即便如此，此前几年，7纳米的光刻机，还不卖我们呢，有意思的是今年在无锡设立了维护工厂，也见我们经过持续努力，进步有多么大。

技术集中于欧美，实事上正对不少国家形成技术瓶颈，这便是拼了命也要打压华为的原因呀。过去传说从不招中国工人，现在随着多少核心技术的陷落，不得不从魔性与任性掉下来，全球化有你，也有我。

光刻机可以说是半导体工业的尖端技术，在半导体集成电路方面有着至关重要的作用。光刻机的主要技术确实掌握在欧美国家手里，中国在这一方面还有很大的差距。

由于这个东西实在太过于间断，也许有人认为这个东西是不是外星人的技术，事实上这主要是中国和美国的差距太大导致的。美国有很多技术，在如今的中国人看来都可以算是外星人的技术，例如军舰用的LM2500燃气轮机，美国上世纪70年代的产品，中国现在都还羡慕得要命。虽然通过乌克兰，中国弄出了燃气轮机，但是性能还是差不少。美国的黑鹰直升机，中国现在还做不出性能这么好的直升机。美国的核动力航母、核动力潜艇，更是让中国羡慕得要命，这里面的差距恐怕不必光刻机少。

光刻机主要是因为涉及到光源、精密仪器等工业基础方面的东西，中国在这方面的短板实在是太大。现在虽然在奋起直追，但是也不是短期内能够解决的。这些都是西方国家经过上百年的积累才有了今天这样的成就，中国想在这方面赶上还需要很多人力物力时间的投入。光刻机之所以这么受瞩目，主要是因为在芯片制造方面起着不可替代的作用，荷兰的ASML公司目前几乎垄断了世界高级别的光刻机，由于西方的封锁，中国无法得到最先进的极紫外线光刻机，所以在芯片制造方面一直落后于台积电，这也极大地制约了中国的半导体发展。

总之，中国现在也意识到了这一方面的差距，也投入大量的人力物力，但是说实话，短期内真的很难赶上，这是西方上百年积累的优势，不是那么容易突破的。

光刻机的技术有没有可能是外星 科技 ，欧美各国瓜分了技术

要说有这样想打的脑洞确实挺大的，光刻机的技术并不是什么外星人技术，而是人类文明的成果，如果说是外星人的 科技 成果，那么就不可能仅仅是7nm或者是5nm制程的芯片了，而是采用1nm制程，或者是更加先进的制程。

目前来说， 真正能够生产制造光刻机的公司就是荷兰的ASML公司，也是全球最大的光刻机设备以及服务提供商家，而且在光刻机的高端市场中，荷兰ASML公司可以说是独占80%的市场份额，而升级的20%光刻机市场份额还是属于低端市场的，有中芯国际和上海微电子占据。

刚开始的研发光刻机公司是由飞利浦公司和荷兰ASML公司联合制造的，后来荷兰ASML公司收购飞利浦的股份， 开始真正的独立研发出来光刻机设备，而要说光刻机这种设备，并不是什么外星 科技 ，而是由不同国家能够合力生产出来的设备，有来自美国的光源，这是光刻机非常重要的设备部件，还有德国的镜头，瑞士的轴承等， 这些都是荷兰ASML公司经过几十年时间慢慢积累出来的，不是说能够一朝一夕生产出来或者研发出来的。

我国光刻机的发展状态以及能够达到的先进制程工艺

现在我们国家也是能够独立的生产出来光刻机的的，虽然说在光刻机的制程工艺上面不及荷兰顶级光刻机，但是也是能够有达到90nm或者28nm的水平， 在2002年的时候，光刻机被列为重大的 科技 攻关计划，在上海市和 科技 部的共同推动下，成立有上海微电子有限公司，经过十几年潜心的发展，现在的已经能够基本掌握光刻机制造的基本技术 。

光刻机的技术难以掌握是由于西方国家对我们的技术封锁，以及我们还没有形成一种完善的周边元器件的供应，这才是为何现在的国产光刻机制程远不如荷兰ASML公司的原因，这里面不仅仅涉及到芯片的研发，还有芯片的制造，芯片最为先进工艺的封装等，可以说光刻机是工业上的一颗明珠也是毫不过分的。

这个问题很有意思，但我觉得这绝对不是外星 科技 ，因为光刻机的原理其实并不复杂，在普通人眼里可能是觉得很神奇，但光刻机这个东西真的并没有那么神器，下面我说一下为什么我觉得这绝对不是外星 科技 。

外星 科技

很早以前就有很多自称见过外星飞船的目击者，我们试想一下，如果这是真的呢？

如果真的是外星人，光刻机的技术是他们带到地球来，然后被某个国家拦截打了下来，发现了光刻机的技术，那么外星人都已经有可以远距离行驶的宇宙飞船了，甚至可以进行空间跳跃， 那么为什么他们还会有光刻机这样的技术？ 光刻机对地球人来说可能非常先进，但对已经拥有宇宙飞船的外星人来说，这项技术明显应该是很落后了，所以我才觉得这不是外星人的技术，这只是第一点。

第二点

这第二点就是按照上面说的是光刻机的技术是外星人带过来的，被其它国家拦截击落发现的，那么按理来说这项技术只应该会被那个国家或某个企业给垄断，

但是现在光刻机市场只有80%是阿斯麦的还有20%的剩余，阿斯麦并没有完全垄断，现在其它国家还有很多企业在研制光刻机，所以完全说不通，难度这项技术被共享了?

我觉得没有哪个国家愿意开放这种技术，所以我觉得这不是外星 科技 。

光刻机的原理

上面说了光刻机并没有那么神奇所以我在这了解一下光刻机。

光刻机别名“掩模对准曝光机”主要用于生产芯片、封装和制造LED。

光刻机还分为3种类型， 接触式光刻、直写式光刻、投影式光刻 。

接触式光刻通过无限接近然后进行复制图案。

直写式光刻是将光束汇集成一点，然后通过运转工作台和扫描镜头来进行图形加工。

投影式光刻就是类似胶片摄影里的洗胶片，将光线投影到胶片上曝光，然后浸泡到显影液里得到想要的图像，投影式光刻机的工作原理就是这样的，也因为这样投影式光刻机有效率高并准确的优点，现在成为了主流的光刻技术。

看完这个现在感觉光刻机原理没有那么神奇了吧。

最后

最后总结一下，光刻机这项技术是人类自己创造了，并不是外星技术。光刻机是人类 科技 发展的必经过程，有了光刻机人类 科技 才能更近一步。

现在的时代用三体里面的一个词我觉得只能是 科技 爆炸，因为变化实在太快了，手机这种东西出现的时间不长，现在却已经成为了可以替代电脑的存在，其中手机芯片的光刻机更是进步飞快，但我们中国的光刻机技术起步晚，对最先进的阿斯麦显得非常落后，不过现在中国的光刻机技术进步是十分明显的，要不了多久，可能就可以超过阿斯麦，成为全球第一了。

【我国光刻机发展困难，是因为光刻机中有被外国瓜分的外星 科技 ？】

有人觉得现在我国光刻机发展困难，是因光刻机的技术中有含有外星技术。 所以我们不能突破的因素就在于此，我们没有获得外星技术，所以光刻机领域一直处在一种被动的境地。 这种情况的可能性大吗？我们的光客机真的是因为缺乏外星技术，所以发展困难吗？今天我们就来一起研究一下。

那离不开的技术限制

光刻机一直是一个令我们头疼，甚至感觉到窝心的问题。而我国光刻机技术为何难以发展？我觉得最主要的因素还是在于技术的限制，以欧美国家为首国家，他们签订了瓦森纳协议，在这个协议中明确规定了，成员国之间享受技术互惠，而对于中国朝鲜等国家，是禁止技术的传递。

我们的技术一直在被限制；各种协议的不到限定，让我们在技术发展中一直受到了影响。而光刻机对于技术的要求更大，因此我们很难发展。

从ASML成功找原因

1.ASML的成功之一，是因为多种技术的集合。比如它的光源来自于美国Cymer，光学模组来自德国蔡司，计量设备是美国，德国 科技 ，传送带则来自荷兰VDL集团。可以说多种技术的来源让光刻机能够迅速的发展，也成就了ASML。

2.拉拢股东，三星，台积电，海力士，英特尔等企业拉拢成为它的股东，从而得到丰富的技术和资金的支持。

其实，光刻机中将近80000多零部件，这些大多数是国外进口，比如离子注入机，单晶炉，晶圆划片机，纳米级陶瓷粉，微波陶瓷粉体，功能性金属粉体，来自于全球几百家企业。它的零部件才能够形成最优组合！

打破束缚，是一种长期的旅途

我们可以通过阿麦斯成功之道，如果中国光光刻机想获得成功，就必须要打破种种的束缚，而这种束缚不仅仅是多个国家多加企业所提供的零部件，更多的是在技术上面的共享以及技术上面的突破。

我一直认为我国如果想突破光刻机，一定要走自己之路。如果一味的去想模仿或者仿制，我们只会拾人牙慧，只有自己打破技术的限制，寻求一条属于我们的路，才能真正的实现光刻机的自主。

国产光刻机真实现状

中国的光刻机现在达到22纳米。在上海微电子技术突破之前，我国国产光刻机还停留在只制造90nm芯片的阶段。这一次中国从90nm突破到22nm，意味着光刻机制造的一些关键核心领域实现了国产化。掌握核心技术的重要性不言而喻。突破关键区域后，高阶光刻机的RD速度只会越来越快。国产光刻机突破封锁，成功研发22nm光刻机。中国芯逐渐崛起。随着信息社会的快速发展，手机、电脑、电视等电子设备变得越来越“迷你”。从以前的“手机”到现在只有几个硬币厚的时尚手机，从老式的矮胖电视到现在的轻薄液晶电视，无一不离开集成电路的发展，也就是我们通常所说的“芯片”。自从1958年世界上第一块集成电路问世以来，体积越来越小，性能却越来越强。光刻机是半导体芯片制造行业的核心设备。以光刻机为代表的高端半导体设备支撑着集成电路产业的发展，芯片越来越小，集成电路越来越多，可以把终端做得小而精致。2002年，光刻机被列入国家863重大科技攻关计划，由科技部和上海市共同推动成立上海微电子设备有限公司(以下简称“SMEE”)。2008年，国家启动了“02”重大科技项目，持续攻关。经过十余年的研发，我国基本掌握了高端光刻机的集成技术，部分掌握了核心部件的制造技术，成为集光学、机械、电子等多学科前沿技术于一体的“智能制造行业的珠穆朗玛峰”。

光刻机：芯片界的“印钞机”

10月4日晚，芯片制造商中芯国际(00981.HK)在港交所公告确认，已受到美国出口管制。9日，中芯国际宣布称，基于部分自美国出口的设备、配件及原材料供货期会延长或有不准确性，公司正在评估该出口限制对本公司生产经营活动的影响，或造成重要不利影响。

此次，美国选择对中芯国际进行“进出口管制”的限制，也是为了对我国芯片制造领域进行压制。

目前全球半导体设备领域，美日两国垄断了全球80%左右的市场份额，其中美国占全球50%的市场，日本占30%，且在先进工艺上没有替代品，荷兰的ASML（镜头来自德国）基本受控于美国指令，因此相当于美国把光刻机这一块给控制了。

中芯国际是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路芯片制造企业，提供 0.35微米到14纳米制程工艺设计和制造服务，其中最重要的就是光刻机。

作为芯片制造的核心设备——光刻机是关键核心技术。光刻机对机械精度要求非常高，光刻机中心的镜头由很多镜片串联组成，一块镜片要数万美元，镜片的抛光工作其技术积淀需要几十年甚至上百年，所以对于起步较晚的我国来说，发展自己的光刻机技术可谓一场攻坚战。

所以如果中芯国际被美国“限制”，其他芯片制造企业再“断供”的话，对于国内很多电子设备制造企业来说，将会彻底处于受制于人的被动状态。

所幸，目前我国已经在努力冲破其他国家的封锁和遏制，最好光刻机的公司每年也都会新增数百项的专利。

有报道称，而为了应对当前的不利形势，中芯国际在几个月前就从日本等国家采购了大批的关键设备和零部件，能够保证在一段时间内业务可以持续开展，避免出现断供。同时，中芯国际也已经计划在2020年内建设一条可生产40nm芯片的生产线，3年内完成28nm生产线的建设，以完全削弱对国外技术的依赖。

对于我国光刻机技术的发展，刚刚结束的“第三届半导体才智大会”上，新落成的中国第一家“芯片大学”——南京集成电路大学，也对我国未来芯片事业的发展才提供关键利好。这也是自美国对华为等公司进行芯片限制后的1年多时间以来，我国在 科技 领域及半导体领域的大进展。

如果说“限制”华为是美国政府对中国 科技 产业打压的开始，那么刚刚又宣布对中芯国际的“禁令”，或是美国“绞杀”中国半导体产业链的开始。因此，对于我国高 科技 企业而言，要尽快推进自主研发的能力，避免接下来更多中国半导体产业链企业被打击。

普通小规模集成电路怎样生产，需要光刻机吗？

超大规模集成电路，大规模集成电路，普通小规模集成电路，单个的晶体管，单个的二极管，薄膜集成电路，微波集成电路，集成光路，都需要光刻机；只不过要求的精度不同。

普通小规模集成电路的生产方法与大规模集成电路、超大规模集成电路完全相同。都要经历1.绘多种图形；2.制版形成类似于照相底板的多个模板(如果能够用计算机直接控制光源准确确定曝光部位，这里的1、2步骤可以省略)；3.晶圆准备；4.根据芯片衬底是N型还是P型的需要对晶圆进行硼扩散或者磷扩散；5.晶圆表面钝化，把整个晶圆都保护起来；6.在钝化了的晶圆表面被覆光刻胶；7.用模板在光刻胶上曝光；8.显影(随着光刻胶种类的不同，可以形成与模板相同的图形或相反的图形)制作出固定在晶圆表面的死掩模；9.腐蚀掉死掩模镂空部位的晶圆表面钝化层；10.进行类似于步骤4的扩散；11.重复5的钝化过程(这次钝化的目的是把原来死掩模镂空部位重新保护起来)；12.根据需要反复重复6 10的步骤多次，而且根据需要改变模板和扩散元素的类型；13.全部扩散完成后，重复11的步骤与目的；14.重复6的步骤；15.重复7 9的步骤，在晶圆表面做出芯片内部连接线的镂空模板；16.晶圆外表面镀金；17.清除全部光刻胶；18.将晶圆切割成一个个的芯片；19.将芯片固定在集成电路基座上，焊接，封装。整个集成电路就制作出来了。其中6 8的步骤叫光刻，9的步骤叫腐蚀，10的步骤叫扩散，11的过程叫钝化，这几个步骤是需要多次反复进行的。

朋友们好，我是电子及工控技术，我来回答这个问题。对于普通小规模的集成电路是使用最多的一种集成芯片，试想我们家里所用的很多家用小电器里面都使用了小规模集成电路芯片，比如洗衣机里的电路板、空调里的电路板、 养生 壶中的电路板以及豆浆机中的电路板都能见到小规模的集成芯片，这种芯片一般集成的晶体管数量在100只以上，向我们在数字电路中学的各种逻辑芯片一般都是小规模的集成芯片的，比如与门、或门、非门以及各种触发器等都列为这一类。对与小规模的集成电路它的集成度小，它不像大规模集成电路那样需要高精端的设备，比如像光刻机等这样昂贵发机器设备，它的制作过程有很多类似之处，今天我们来聊聊小规模集成芯片制作的方法。

芯片制造的主要过程

我们知道只要是集成芯片在制作过程中都有它们的共同之处，比如制作的主要步骤有硅单晶的制作，硅晶片的制作、氧化膜的制作、薄膜的淀积、光刻或蚀刻、掺杂、分片、接合以及最后的封装等步骤，单晶硅主要是从常见的沙子里提取的，首先它以硅锭的形式出现，这个硅锭就是我们所说的单晶硅，然后把它进行切割成片状，切割成很多的硅晶片。硅晶片切割完成后就需要根据制造的芯片的规模大小和功能进行各种处理方法了，在对硅晶片处理上一般会用到氧化膜的形成法、薄膜的淀积法、光刻法、蚀刻法、掺杂法等，因此在硅晶片上进行不同工艺方法的加工，取决于芯片集成度的高低，对于小规模的集成电路，由于集成的晶体管的数量有限，有的步骤是可以省去的，比如光刻技术等。可以用其它制作工艺来替代，比如用刻蚀法就可以了，如果制作超大规模集成芯片的话，为了在单位面积上集成更多的晶体管，就需要更为先进的光刻技术了，这时候就需要光刻机了。

经过对硅晶片进行一系列处理后，处理的工序可能是重复几十遍到上百遍，处理完成后就要对硅晶片进行分片了，因为在一个硅晶片上需要制作出许多相同的图案电路，这样每一个相同的电路就是一个“芯片”，我们这一步就是把这些相同的芯片从硅晶片上切割下来，切割完一片片芯片后就需要把这些芯片封装在外壳之中了，在封装之前我们还需要把芯片表面的电极与露在封装外面的引脚相连接起来，这个过程叫“接合”。这一步完成之后，剩下的就是封装工序了，封装就是把制作好的芯片放在外壳之中，这个外壳的形式有很多种，有矩形的外壳、也有正方形的，或者圆形的，这样以来一个芯片就造出来了。