【科普】｜光刻机为何成为中国芯片之痛

1.光刻机的地位及全球半导体光刻机市场占有率

引言：近些年随着中国在芯片领域的投入开发，我国近些年在芯片制造上和世界顶尖水平逐年拉近，但是还是有一块领域使我们难忘项背，这就是本篇文章中我们所将详细介绍的设备——光刻机。

1.1光刻机的地位

光刻机是生产芯片最核心的设备，技术难度非常高，目前光刻机最为核心的技术全球只有荷兰的ASML一家可以做。早在2015年芯片进口就成为中国消耗外汇储备最大的行业，由于技术落后的原因，我们流失了巨大的资金。光刻机就价值而言一台光刻机就可以卖到八亿人民币其价格比肩一架波音737飞机，ASML由于技术领先作为制造业光毛利率就能达到44%以上堪比轻资产的互联网，而传统的制造业比如通用车企只有8%。

1.2全球半导体光刻机市场占有率

目前，日本荷兰占据目前半导体光刻机市场份额的90%以上,

在EUV方面ASML目前市场达到了垄断的地位，其市场占有率高达100%，ArFi方面ASML的市场占有率也高达88%； ArF方面ASML占据了市场份额的63%；KrF方面ASML也是占据63%的市场份额；在i line上也拿下了33%，这也解释了为什么ASML是目前全球唯一一家掌握光刻机核心技术的公司。

从总营收来看，2019年ASML、Nikon、Canon三巨头光刻机总营收954亿元人民币，较2018年小幅增长。从营收占比来看，ASML占据74%的份额。虽然2019年光刻机出货数量有所下滑，但高端机台EUV、ArFi、ArF的出货量增加，也使得总体营收微幅增长。

2019年全球半导体光刻机市场占有率情况

2.中国在光刻机领域的发展前景

2.1西方的制裁

美国近期把所有注意力都放在对华为的封锁中，不仅自身不遗余力的封杀华为的正常销售，还经常伙同盟国在所谓的“自由市场”中以各式各样荒唐怪诞的理由对华为采取制裁措施，其根本原因是华为的进步已经威胁到美国霸权利益，触碰到其所构建的基础框架，这里也就不过多赘述。而对于芯片的制作，光刻机是重中之重，缺乏达标的光刻机意味着即便有再先进的芯片设计理念也无法转化为实际，更没有办法进行量产。所以我国迄今为止芯片依旧仰仗于国外的订单，时常会发生因芯片延缓未到，而手机的发布也随之推移的尴尬情况。

美国对华为的禁令

2.2中国近些年的发展

中国近些年对于各个领域的发展都取得突破性的成就，逐渐打破西方技术封锁壁垒，一个又一个的好消息振奋人心。有人会问中国的战略性眼光一直十分独到正确，为何对于芯片研制技术没有给予足够的重视，反而现在处处受制。其实我国也有光刻机，但能够用以制造高科技芯片的目前只能仰仗国外进口，中国企业曾向荷兰订购过一台高端光刻机，但是被美国一再阻挠。甚至一拖再拖后，即将交付之前，厂房竟然莫名其着了一场“大火”。目前上海微电子的光刻机代表我国光刻机的最高水平，制程工艺为90nm，而ASML的光刻机已经进入5nm的制程工艺，ASML早在15年前就量产了90nm。上海微电子装备公司总经理贺荣明去德国考察时，有工程师告诉他：“给你们全套图纸，也做不出来。”

上海微电子的光刻机

2.3近年来中国光刻机研究成果

2016年4月，清华大学带头的02专项“光刻机双工件台系统机研发”项目成功通过验收，标志中国在双工件台系统上取得技术突破；2017年6月，中科院长春光机所牵头的02专项”极紫外光刻关键技术研究“项目通过验收，该项目成功研制了波像差优于0.75 nm RMSE的两镜EUV光刻物镜系统，构了EUV光刻曝光装置，国内首次获得EUV投影光刻32nm线宽的光刻胶光图形；2018年11月，中科院光电技术研究所承担的”超分辨光刻装备研”项目通过验收，该装备在365nm光源波长下，单次曝光最高线宽分力达剄22nm，项目在原理上突破分力衍射极限，建立了一条高分、大面积的纳米光刻装备研发新路线。

光刻机双工作台样机

3.光刻机国产化的可能性分析

3.1目前差距

上海微电子（SMEE）是国内光刻机龙头企业，目前最高可以实现90nm的工艺制程，而ASML在1991年已经推出过工艺为90nm的PA55500光刻机，目前ASML的EUV光刻机可以实现5nm。目前世界光刻机厂商排名第二和第三的分别是Nikon和Canon，Nikon凭借其多年的技术积累勉强保住了二线供应商地位，Canon只能屈居三线，SMEE作为后起之秀虽然能够勉强挤入三线地位，但由于光刻机设备对技术积累和供应链要求极高，目前SMEE想要打入二线难度十分大。ASML从2009年起已经拿下全球光刻机市场份额的70%，2010年EUV光刻机的诞生百分百地垄断了高端光刻机的市场，ASML的制作零件90%是采购而来，主要精力集中在研发上，十余年来在技术设备上筑起了高高的技术壁垒，使得同行业无法望其项背。

3.2未来可能性

目前国产光刻机想要完全实现替代道阻且长，未来十几年在大数据、物联网、自动驾驶、人工智能、5G等创新的驱动下，光刻机市场规模势必持续增长，随着半导体制造市场转移，中国晶圆厂建设快速推进，2020年其中国大陆半导体设备市场规模有望跃居全球之首，国产光刻机企业需要有更快的技术突破，才能抓住时代的机遇，正面迎接挑战。