正视差距才能更好进步，我们距离国产光刻机还有多远
2019年5月16日，美国商务部宣布将华为，中芯国际、中国航天科技集团及其70家公司列入出口管制实体名单，命令未经批准的美国公司不得销售产品和技术给名单之内的公司，同时禁止一切美国公司与这些中国公司进行投资交易。
从2018年直到今天，中美贸易战对生活的影响还远没有结束，但在贸易战中受影响最大，损失最多的，无疑是中国半导体行业。
曾经芯片性能与美国高通并驾齐驱的华为海思处理器，在实体清单的影响下芯片已经无法继续生产。而华为在这个世界上5G建设最先进的国家，也只能生产销售4G手机。
大家好，我是悠哉悠哉平泽唯。
如果说煤炭和石油是工业时代推动国家前进的发动机，那半导体就是信息时代国家生存的基本。
芯片是半导体技术中最顶尖的一座高峰。在还没有指甲大的一枚芯片中涉及数学，物理，化学，材料，环境等众多基础学科，也是人类目前科技的最高杰作。
近两年因为贸易战中美国对中国相关公司的制裁，大家肯定也从相关新闻和其他渠道知道了我们国家半导体行业目前情况很不乐观，尤其是芯片制造行业。
也相信大家和我一样，心里肯定有很多想知道的答案，但国内媒体对这类问题的回答往往避重就轻，很难得出一个相对客观的结果。
正视差距才能更好进步，所以我结合国内外相关资料，已上市半导体公司财报，半导体行业相关分析师报表，以及我自己对电子产品的理解，汇总成一系列文章。希望可以帮助你解答心中的疑问。
首先来解答大家最关心的光刻机问题。
根据国内相关报道和资料，我国目前最先进的光刻机制程是90nm。
虽然有媒体报道称上海微电子将在2021年末将交付28nm光刻机。但截止到目前上海微电子官网显示的最新产品依然是90nm制程光刻机。有消息称上海微电子28nm光刻机延期的原因是机身内某个零部件没有通过国家02专项验收，祝愿上海微电子可以尽快解决。
90nm是一个什么概念？
英特尔，IBM等其他半导体公司达到90nm制程时间是2004年。
当年的英特尔奔腾4，AMD 速龙64，NVIDIA GF6100，任天堂Wii游戏机，这些产品的芯片都是90nm制程。以现在的眼光去看那时候的产品，那都是“上古神物”了。
90nm不能用么？当然不是完全不行，理论上利用90nm也可以制作出和现在芯片性能相等的芯片。
世界上第一台计算机，由电子管制成，占地170平方米，重达30吨，耗电功率高达150千瓦，每秒钟只能进行5000次运算。而现在最新的手机处理器，每秒都可以进行上亿次计算，功耗不过10瓦。近20年来家用电脑主板上的CPU尺寸基本没变过，但性能却提升了几十倍，这些都是芯片制程进步带来的结果。
芯片的制程代表芯片内部单个栅极的最小尺寸。通俗地说，芯片制程越高，在相同面积下能塞下的晶体管数量就越多。芯片内部晶体管数量越多，芯片的性能也就越强。
如果用90nm制程制作一枚你手机里的芯片，那你的手机可能会变得和台式电脑一样大，而且还要插着电才能用。
目前世界上最先进的工艺是台积电和英特尔的3nm EUV。而要做到这个工艺，全都要靠ASML的EUV 光刻机。
ASML（阿斯麦尔），是一家位于荷兰的半导体设备制造商也是目前世界上最先进的EUV光刻机制造商。
EUV（Extreme ultraviolet lithography，极深紫外光）是一种波长极短的紫外线光刻技术，也是目前世界上加工精度最高最先进的光刻技术。
相较于上代DUV（深紫外光，Deep Ultraviolet lithography）技术，EUV技术将波长从193nm缩小到13.5nm。使光刻精度大幅度提升，解决了DUV因为紫外光波长的限制，最小制程只能做到10nm的问题。
EUV光刻机中最重要的就是EUV技术。
虽然ASML是荷兰公司，但EUV光刻机中绝大部分关键技术和供应商均来自美国，而且美国拥有ASML公司30%的股份。所以直接将ASML当成美国公司也毫不为过。
原子弹我们都能造出来，EUV光刻机难道比原子弹还难么？
要比较这两种技术之间的区别，我们不妨先了解一下相关的历史。
世界上第一枚原子弹起源于美国曼哈顿计划，从1939年开始设想到1945年原子弹在墨西哥州实验场地成功引爆，期间有美国，法国，加拿大，三个国家参与，项目研发时间7年。
EUV技术最早起源于上世纪末，1997年美国成立EUV LLC联盟，正式确立EUV为下一代光刻机技术。后来法国，德国，韩国，日本等40多个国家相继都开始了EUV技术的研发。
仅美国EUV LCC联盟就聚集了劳伦斯利弗莫尔实验室、劳伦斯伯克利实验室、桑迪亚国家实验室三大国家实验室，联合IBM、AMD、摩托罗拉等科技巨头，集中数百位顶尖科学家，共同研究EUV光刻技术。当年的EUV LLC联盟可以说是聚集了美国最顶尖的研究资源和当时的芯片巨头。
2017年，在近20年的研发时间后，美国EUV LLC联盟的EUV技术终于研制成功。此时美国已经成为了ASML的最大股东，股份占比高达30%。且ASML为了拿到EUV技术向美国做出承诺，每台EUV光刻机中55%的零部件将使用美国公司提供。
如果我们拿到了EUV光刻机图纸，可以造出EUV光刻机么？
EUV技术是目前世界最顶级的技术，仅7nm EUV光刻机内部就有10万多个零部件，其中90%的部件不由ASML生产，他们来自全球各国的790多家公司，是世界各国顶尖技术公司的技术荟萃。
你其实可以把ASML理解为电子产品中的OEM厂商，主要负责整合方案。
其中激光发生器和镜片来自德国，精密机械传动系统由瑞典设计，光刻所需要的光刻胶由日本提供，最关键的电源和操控软件则由美国生产。任何一个国家，哪怕是美国，也无法自行完成整个光刻机的制造。
光刻机的技术达到了一个怎样的程度呢，ASML官方曾经在Facebook透露过，EUV光刻机中来自德国卡尔蔡司的镜片误差不超过0.05纳米。
没错，就是我们生活中在眼镜上常常见到的那个蔡司。
0.05nm误差是一个什么概念呢，如果我们将镜片面积等比例放大到整个中国那么大，那整个中国的地势起伏不会超过10厘米。
更让人吃惊的是这些镜片由一位家族三代都从事镜片打磨工作的工人手工打磨制成。
一台EUV光刻机需要13枚这样的超高精度镜片。
而EUV激光每经过一层镜片折射就会损失三分之一的激光能量。也就是说从激光发生器到最后光刻，激光的能量都在逐级递减，如果我们简单计算一下就会知道到达最后光刻的激光能量还不到1%
要想通过如此低的激光功率去融化光刻材料，那么激光源头就需要一个无比强大的激光发生器和激光放大器。
EUV光刻机中的激光发生器来自美国Cyme公司，激光放大器来自德国通快公司。
两者结合可以将极紫外激光放大到40KW，保证在激光在通过层层镜片的反射后仍然可以融化光刻材料。40KW是一个非常恐怖的功率。
2017年，美国将一枚30KW的激光炮搭载在“庞塞”号驱逐舰上，在实验测试过程中成功击溃水面小型舰艇和中型无人侦察机。
EUV光刻机可以制霸全球高端半导体市场还有一个重要原因就是光刻机内的双机台同时操作。
在ASML之前行业内光刻机主要由尼康和佳能等其他企业供应，用的都是单机台光刻机。
用单机台的原因就是因为芯片光刻尺寸极小，如果从光刻机上把晶圆拿下来测量后再装回去，这之间哪怕只有几十纳米的位置误差也会导致整片晶圆报废，所以要尽可能的避免光刻时晶圆的移动。
但这样的单机台也意味着，在光刻机加工过程中的一切都无法被预料到，一旦在光刻中出现错误，无法及时测量和调整的话，那光刻出来的晶圆也会报废。
EUV光刻机上的双机台，就可以一边光刻，一边测量光刻精度。
将晶圆从曝光机台移动到测量机台，待测量完成后移回曝光机台继续曝光。并将这两次移动的位置误差控制在一纳米内。
一旦在光刻中出现错误，工程师也可以快速调整，避免更大的损失。
仅双机台设计，就让EUV光刻机相比传统单机台工艺良品率增加30%。
而佳能和尼康也在新一代EUV光刻技术的冲击下，逐渐退出了市场。
我国光刻机的发展现状与技术水准
目前我国能生产光刻机的企业有5家，最先进的是上面提到的上海微电子装备有限公司，已量产的光刻机制程是90nm。
其实我国很早就开始了光刻机的研制。在上世纪70年代，清华大学与中科院合作进行光刻机的研发，在1985年就研制成功了一台g线分步投影光刻机，仅比当时世界先进水平晚了六年时间。在上世纪90年代，光刻机的光源波长被193nm卡死，限制了光刻机技术的突破，也间接导致了半导体行业发展的停滞，我国也是在这个时候被世界先进水平拉开了差距。
虽然现在我国光刻机技术与世界仍有较大差距，但在过去几年时间里，我国光刻机相关技术都迎来了重大技术突破。
比如上面提到可以增加光刻成品率的双工件台技术，就已经被我国华卓精科成功攻克。
双工件台是高端光刻机核心组件之一，我国华卓精科的技术突破打破了荷兰ASML技术垄断。世界第二家掌握双工件台核心技术的公司。
在光刻机光源部分，主流的193nm已被我国技术人员攻克，13.5nm EUV光源正在努力攻坚中。
上海微电子即将交付的28nm光刻机部分光源由科益虹源提供。也是中国唯一、世界第三家高能准分子激光器研发制造企业。目前已推出光刻用248nm准分子激光器、光刻用干式193nm准分子激光器、光刻用浸没式193nm准分子激光器，并完成6khz、60w光刻机光源的制造。
光刻机的透镜和镜头控制着光刻中光的方向和能量，这也是整个光刻机中技术攻克非常艰难的部分。
就在前不久，我国长春光机所研制的32nm EUV光刻曝光装置已经验收，使我国初步掌握了极紫外光刻的核心光学技术。
虽然与现在世界顶级还有一段不小差距，但这已是我国高精度光刻机镜头从0到1的突破。
目前28nm光刻机曝光光学系统正在由国望光学研发攻关。
祝愿国望光学研发仅占顺利，不负国之所望。
光刻机是人类目前最高科技的代表作之一，是一种集合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域顶尖技术的产物
虽然我国的光刻机技术落后，但我国对光刻机技术发展始终不渝。
每次小小的进步，都离不开我国研发人员坚持不懈的努力。
向以上提到的所有中国半导体企业致以敬意。
向所有坚持创新的中国半导体企业致以敬意。
向中国所有半导体研发人员致以敬意。
