一文看懂光刻机,光刻机是什么

上海微电子光刻机在全球属于什么水平？

上海微电子（SMEE) 做为国内拥有最先进的光刻机设计制造技术厂商，目前能达到的最高工艺节点（tech node) 是90nm。90nm是什么概念呢？大致相当于2004年2月年英特尔的奔腾4，当时最强的Prescott架构3.8Ghz就是用的90nm光刻，也是那个时代晶圆厂最好的工艺代表。另外同期同制程节点的还有索尼Playstation2的处理器、IBM PowerPC G5、英伟达的GeForce8800 GTS等。

当然实际光刻能力，涉及到晶圆厂的制造能力，最终会有不同。虽然光刻工艺只是芯片制造的上千道工艺中的一部分，但确实最关键的，光刻精度不够，后面任何步骤设计都会产生大量的偏移和失效。这在国际上，算是第四名，因为没有第五第六名。光刻基本原理图解：光刻胶会根据光罩所绘制的图形被UV射线照射下留下对应的图形形状晶圆片放大后可以看到一个一个的die排列，die内部是层层叠叠的电路，这些电路就先由光刻开始来制造而这台SSX600系列的90nm光刻机，大约是在2007年研发成功，真正上市时间未知。

时至今日，上海微电子的主流产品还停留在前道90nm以及后端光刻系列。后端光刻主要用于先进封装形式，也就是晶圆级封装（WLP）及Bumping为主，对光刻精细度要求没有可比性，拜托有的人就不要把封测那边甚至是MEMS、液晶面板光刻的市场份额拿出来说了，完全两个世界。前道光刻才是真正的地狱难度。所谓IC前道光刻机90nm系列那90nm的光刻机在2021年的今天，还能做什么？我们可以看看下面这个图：，55-90nm仅剩9%的产能，逻辑芯片（比如CIS，驱动芯片、控制芯片等）、e-Flash和DAO(电源类分立器件芯片，结构最为简单）为主。

也就是说基本上不会是西方卡脖子的类别，器件设计上构造简单的芯片。全球晶圆制造产能vs.技术节点占比导致国产光刻机一直没用进步的原因有很多。实际上国家进行相关立项是非常早的，也不仅仅是一家公司一个研究机构进入项目。可无奈高端光刻机的大部分核心零部件，我们没有能力设计制造，导致一进口就被禁运。当然，我们的设备厂商、半导体材料研究机构、晶圆厂，都在积极寻求和国外机构、企业的合作，以达到研发和其他资源上的共赢，并规避一部分境外的技术、材料、部件的限制。

只是离高端制程节点越近，这样的限制就卡得越紧。（大家可以查一下IMEC这个比利时的研究机构，他们在上海也有分店。）我们可以先看看一台光刻机的主要组成部分有哪些：光学成像系统（制造更短的波长满足瑞利准则CD = k1 • λ / NA）光路与激光系统 （决定不同的光源和发射方式）我国大部分商用级的激光研发都在光电，精度级别也有差异镜头与对焦系统 （复杂的纳米级光学成像系统）EUV光刻机内部大概是这样的机械、自动化部分 （所谓超精密型自动化系统，感应精度要达到每秒两万次位置检测，每次位移小于一个硅原子的尺寸——60皮米。

什么概念？你要开着高达在一根头发上刻自己名字）感应器要检测图中黑色晶圆片上每一个die内部的电路之间光刻的完成情况，而且是每秒几万次量测系统（光学、e-beam、In-Scanner以及Pattern Fidelity，这也不是简单的部分，在晶圆厂里面有专门一个部门叫Metrology进行这项工作，比如e-beam就需要单独一个机台产生电子束并生成图像，In-Scanner则是亚纳米级——小于1纳米的尺寸精度)光学检测机台e-Beam有专门的系统来负责ASML最新型EUV极紫外光刻系统TWINSCAN NXE:3400C稍微查一下材料，就可以看到国内到底哪些厂商有能力供应65nm以下光刻系统核心部件，是否已经拥有商业级别自主设计和制造能力。

对，你猜得没错，几乎都没有——实验室里面有、研发基地里面有，但那不等于可以进行到商用级别，还只能停留在实验室里面做论证和分析。 而且加上瓦森纳协议《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳安排》等西方世界针对社会主义国家的禁运玩法存在，就连跨国合作都被限定在非常清晰的框架内。现实就是如此残酷！蓝色为瓦森纳协定国一下子要跳到28nm，甚至14nm，不是上海微电子做不出来，而是这事情不能靠上海微电子一家去做。

这是一个需要整合社会资源、进行多层次多路径全赛道起跑的一整套工业技术开发项目集合。那一条赛道慢一点，我们的下一个世代光刻机就要等等。资金，我们有的；人才，我们也有的；参照物也有的；政策也有明确的导向；舆论也给足了劲。剩下的就是给他们时间和空间，因为各专项有对应的企业和机构在攻坚了。小道消息，28浸没式DUV有在研发（对就是你们知道的02项），但还是需要些时间才知道是否能用到晶圆厂里。

如果有吹14nm出来的，到今天为止可以直接当做某种对上海微电子乃至整个国产光刻机行业的捧杀。少一点毒奶，多一点务实。把他们吹上天，未必是好事。把他们贬得一文不值、冷嘲热讽，也不过是递刀子让境外渗透势力攻击我们的科研体制。让社会大众了解清楚现状，我们自己的舆论也责无旁贷。上海微电子，前路漫漫，却依然是国产高端光刻机的希望。

光刻机技术的难点是什么？中国有没有能造光刻机的企业？