上海微电子光刻机在全球属于什么水平？

　　这个问题非常好，提到光刻机，不能不说这是国人心中一个深深的痛。
　　中芯国际（SMIC）为了发展最先进的7纳米芯片制造工艺，在2018年初，以1亿多美元向荷兰ASML订购了一台EUV紫外线光刻机。然而，近两年过去了，ASML受到美国的各种施压，迟迟不向中芯国际交付这一台高端光刻机。而我们没有丝毫办法，这不能不说是店大欺客，欺人太甚。
　　上海微电子（SMEE）作为国产光刻机唯一的提供商，在目前本土高科技发展，尤其是芯片被美国穷尽手段阻断的情况下，它的存在无疑成为国内芯片制造的唯一希望。
　　那么上海微电子在光刻机领域的实力究竟如何呢？
　　其实这里要先说明一下光刻机的分类，从用途上区分，其主要有四大类：制造芯片的前道光刻机，封装芯片的后道光刻机，制造LED/MEMS/功率器件的光刻机，以及制造TFT液晶屏的光刻机。
　　而上海微电子对这四种光刻机都有涉足，尤其是封装芯片的后道光刻机，其在国内具有80%的市场占有率，在国际上也有近40%的占有率，每年都有近60台的出货量。
　　其客户都是世界前十大封测工厂，比如国内的长电科技JCET，通富微TF，以及台湾的日月光半导体，这是非常了不起的成就。
　　上海微电子的研发实力也不容小觑，在光刻机领域的专利申请量有近3000项。在国内半导体设备厂商的综合排名中，位居前五名。
　　但是在半导体制造中，最核心的其实属于前道光刻机，其在半导体制造成本里占30%之多，中芯国际向ASML购买的EUV极紫外线光刻机就属于前道光刻机，可用于生产7纳米工艺的芯片。
　　而上海微电子目前可以提供的最先进前道光刻机，只能用于生产280纳米，110纳米和90纳米工艺的芯片。从这方面讲，上海微电子与世界前三大光刻机生产商ASML，佳能Cannon和尼康Nikon的差距，是非常巨大的。
　　除了上海微电子之外，中科院和华中科技大学都有对光刻机的研发，但这都停留在实验室的阶段，很难进入商用。
　　比如中科院号称开发出的＂22纳米光刻机＂，采用表面等离子技术，不同于EUV极紫外光技术，具有很大的缺陷，无法生产CPU和显卡GPU等电路非常复杂的芯片，这决定了，其无法进入商用领域。
　　华中科技大学国家光电中心甘棕松团队，利用双光束超衍射的技术，开发出的光刻机，目前仅能用于微纳器件的三维制造，距离进行集成电路芯片制造，还有很多技术需要攻克，更别提进行成熟的商用芯片制造。
　　由此我们可以看出，媒体上很多宣称打破国际封锁，开发出的几纳米光刻机，基本上距离商用都很遥远，有的甚至基于不同目的还偷换概念。
　　这从另一个侧面说明，上海微电子在国内光刻机领域，是唯一有希望进行更高端光刻机研发的企业，因此它的地位是无法替代的。
　　值得一提的是，从相关渠道了解到，上海微电子正在02专项的支持下，进行28纳米前道光刻机的研发，已经取得了很大的进展。从90纳米跨越到28纳米，如果能实现，也是一个了不起的进步，期待上海微电子的28纳米光刻机！
　　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。
　　水平不高
　　但不空白
　　坚持研发
　　踏实前进
　　一步一步
　　后来居上
　　故，最终赶超一流
　　＃凌远长著＃
　　上海微电子光刻机在全球属于什么水平？上海微电子光刻机在国内是最先进的光刻机研发制造企业，其前道光刻机能够实现90nm制程，在国内市场份额超过80%，并且也销往国外。但与国际先机光刻机相比，上海微电子光刻机却处于低端光刻机序列。
　　目前光刻机市场几乎被荷兰ASML、日本尼康和佳能、中国上海微电子设备集团四家所垄断。而在这里面，又分为三个档次，荷兰ASML垄断了高端光刻机市场份额，日本尼康和佳能处于中端但同时竞争中低端市场，而上海微电子只有低端光刻机市场。其中ASML采用13.5nm的光源，可以实现7nm的制程，未来还将会实现更小nm的工艺。而上海微电子目前只能实现90nm工艺制程，差距不小。
　　上海微电子集团成立与2002年，成立之初当时国外公司曾经嘲讽：＂即使把图纸和元器件全部给你们，你们也装配不出来。＂。然而上海微电子经过自力更生艰苦奋斗，硬是打脸了国外公司的脸，在2007年研制出了我国首台90nm制程的高端投影光刻机。
　　不过由于样机一出来因为采用了国外引进的高精度元器件，这时西方国家丑恶的嘴脸暴露了出来，摆出了《瓦森纳协议》共同对我国实现高精度元器件禁运。以至于到目前即使研究出更好的光刻机，要大量生产也受到了国内产业链的限制。但上海微电子硬是凭借一口气，还是又研制出了另外的光刻机出来，并逐渐在国内赢得了市场。
　　现在国内已经意识到光刻机相当重要的作用，中芯国际已经花了将近1.5亿美元引进ASML高端光刻机，但过去了两年还未能交货，因为国外有阻扰要得到这台高端光刻机会经过不少波折，最后也不知道能不能成。国内相关的机构也在重点突破光刻机技术，比如中科院光电所已经研究出光刻分辨力达22nm的技术，结合双重曝光技术可以实现10nm芯片的制造。
　　不过光刻技术攻克后，要实现光刻机量产还有不少的时间。特别是需要几万个零部件要达到高精准度的高端光刻机，其中的关键高精度零部件比如镜头、光源、轴承等，目前国内产业链还达不到，也需要联合攻关才能取得，这需要花费不少的时间。就如中科院微电子所院士所说，在光刻机方面国内与国外先进相比相差15-20年的距离。即使是国内最先进的上海微电子，也还有相当长的路要走。
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　　    如果说上海微电子的光刻机全球领先，大家都不会相信。荷兰ASML最新的光刻机为7nm制程工艺，即将量产5nm，上海微电子最新的量产光刻机是90nm，正在研发65nm光刻机。也就是说，我国的光刻机与世界先进水平还有很大的差距。
　　    真正的差距在哪里？
　　    上海微和荷兰ASML光刻机的差距，客观反映了我国和西方发达国家在精密制造领域的差距 。一台顶级光刻机的零部件，来自于西方不同的发达国家，美国的光栅和计量设备、德国的光学设备和超精密机械、瑞典的轴承、法国的阀件等等，最要命的是，这些顶级零件对我国是禁运的。
　　    荷兰ASML的光刻机，90%的关键设备来自于不同的发达国家，自己并不生产关键零部件，而是做好精准控制和集成，将13个系统的3万多个分件做好精准控制，误差分散到这13个系统中。上海微电子同样是一家系统集成商，自己并不生产关键零部件，所以在没有顶级零部件、没有突破关键技术的情况下，做不出7nm光刻机光刻机不是它的责任。
　　    有钱买不到？
　　    还有一个关键的问题，荷兰ASML的7nm EUV光刻机，处于垄断地位，全球只有ASML能够生产，而且产量有限，即便有钱也很难买到，原因有两点。
　　    原因一：ASML的合作模式
　　    ASML有一个独特的合作模式，只有投资了ASML，才能获得优先供货权，也就是说ASML要求客户先要投资它自己才行，通过这种合作模式，ASML从来不用担心钱的问题，包括英特尔、三星、台积电、海力士等都是ASML的股东，可以说大半个半导体行业都是ASML的合作伙伴。
　　    ASML的高端光刻机产量本来就不高，早早就被英特尔、台积电等这些公司预定了。
　　    原因二：技术封锁
　　    我国进口高技术设备时，无法绕开的一部法令是《瓦森纳协定》，美国和欧盟等国家都是其成员国，这是一部全球性的法令，我国就在被禁名单之内。这个协定也不是完全禁售，而是禁售最新几代的设备，比如2010年90nm以下的光刻机对我国禁售，2015年改成65nm。
　　    我国的晶圆厂中芯国际，早在2018年就从ASML成功预订了一台7nm EUV光刻机，先是因为ASML的合作伙伴失火，导致订单延期，无法交货，后是因为受到美国的牵制，荷兰不予签发许可证，所以，中芯国际至今仍然没有收到，其中的原因大家可以想一想。
　　    总之，在光刻机领域，我国与世界先进水平还有巨大的差距，而且光刻机的研发不能实现跳跃，没有突破65nm之前，是无法研发24nm的。同时，ASML向我国晶圆厂出售高端光刻机时，有保留条款，禁止给国内自主的CPU代工，比如给龙芯、申威等，但不影响给ARM芯片代工，很大程度上影响了自主技术和我国半导体产业的发展。
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　　上海微电子是国内唯一的高端光刻机整机厂商，目前量产的最先进光刻机只能支持90nm制程。
　　前几年宣传过要生产65nm光刻机，不过65nm与90nm都属于上一代技术了，已经落后，就算造出来，就技术或者市场来说意义都不大，比较鸡肋，后来就不提了，看来已经取消。
　　65nm是一个坎，90nm和65nm都属于深紫外（DUV）干式光刻机，优于65nm的就是深紫外浸没式光刻机，工件台浸泡在水里，技术革新幅度比较大。佳能和尼康就是因为开发这一代产品失败，止步于高端光刻机市场。
　　国产光刻机的下一个目标是28nm。能定下这个指标本身就很了不起，荷兰阿斯麦的DUV光刻机单次曝光最高只能到38nm。要实现28nm需要大量技术创新才行。
　　从全球来看，处于最低档的水平，离最强的ASML应该至少有10年以上的差距。
　　为何这么说，目前上海微电子光刻机还是处于量产90nm的阶段，目前还在研发65nm，而ASML目前最牛的光刻机可用于生产5nm的芯片，具体的各个级别的光刻机分类如下：
　　如上所示，如果分为四类，分别是超高端、高端、中端、低端的话，上海微电子处于最低端，而这个技术，ASML10年前就有了，所以说离ASML至少是10年的差距，这还要ASML停留在原地等才行。
　　那么从90nm到5nm，从当前的芯片主工艺来看，至少可以分为65nm、40nm、28nm、20nm、16/14nm、10nm、7nm、5nm等。
　　而这些节点技术，有好几个台阶要上，首先是45nm的台阶，再到22nm的台阶，再到10nm台阶，再到7nm的台阶，真的是一步一个坎，有些坎几年都未必能够更新出一代来。而这些节点，真的是一步一台阶，越到后面越难，所以这个差距真的是非常大的。
　　网上一直流传着一句话，ASML曾说就算他公开图纸，别人也生产不出和他一样的光刻机来，因为光刻机的技术，很多是经验积累，并且和芯片制造厂商的合作一起研发，并不是靠着元件就能够解决的，而国内芯片制造技术本来就落后，这样无法强强联手，很难追上ASML。
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　　虽然说在光刻机领域中，上海微电子一直表现比较抢眼，但在市面上出售的光刻机，却着实有些令人感觉到差异，90nm的光刻机和荷兰ASML的7nm Euv的区别着实有点过大了。但是，这种＂憋屈＂，我们现在还得承受着，这是无奈之举。
　　我们得打破《瓦森纳协定》的束缚？
　　其实，我们知道，《瓦森纳协定》是成了禁锢我们发展的一大不可忽视的紧箍咒，不仅仅以美国为主的国家，极力的阻止我们在半导体领域的发展，还通过技术管制，让我们很难在技术中，得以进步。因为，最新的技术确实在美国等西方国家的技术钳制中！
　　因此，如果打破不了《瓦森纳协定》的束缚，我们在光刻机方面，还是会处于不小的压力，这才是我们必须要知道的。
　　光刻机，需要多种技术的集合
　　什么是光刻机？光刻机是我们在生产芯片中的重要部分，其实简单的解释是，将光罩上的设计好集成电路图形通过光线的曝光印到光感材料上。因此，镜头、分辨率、套刻精度都非常重要。
　　我们经常说的nm是什么意思呢？其实，就是光刻机在365纳米光源波长下（深紫外光），单次曝光最高线宽分辨力达到多少纳米。
　　我们知道，光刻机的曝光系统常见光源分为:紫外光（UV）、深紫外光（DUV）、极紫外光（EUV）等等，如今能够在EUV中有所作为的，可能只有ASML了。其实，ASML的成功是集众家之长，比如德国蔡司提供的镜头，美国公司供应的光源，也囊括了海力士、三星、英特尔等多家公司，因为它们是ASML的股东，这就是阿麦斯聪明之处，想优先获得我的光刻机，就得成为我的股东。
　　技术集合的困难，是我国光刻机发展的难点。其实，上海微电子的发展已经很不错了，我觉得我们可能需要的是，换一种思路，打破国际惯例的技术限制，这就比如武汉光电国家研究中心的甘宗松团队，成功研发利用二束激光，生产9nm工艺制程的光刻机一样，未来的限制只会被打破。
　　上海微电子在全球是＂全球第四＂的水平。
　　但事情就怕说＂但＂，一说这词，后面的话就没那么振奋人心了。
　　理由就是，如果把目光聚焦到技术含量最高，利润也是最高的高端光刻机市场，就会发现这个市场特别小，小到了四家生产商都太拥挤了。现在来看，实际上哪怕只有一家，也能够让这个高端光刻机市场正常运作下去。而且这个市场，现在也确实是一家独大的形势，荷兰ASML一家独揽了高端光刻机市场的大头，老二和老三的佳能和尼康还能捡点汤汤水水混个水饱，至于上海微电子这个老四，就真的是只能面对锃光瓦亮的锅碗瓢盆了！
　　现在在攀登最高端光刻机的道路上，老二和老三的佳能、尼康也是力不从心了，相继都宣布了不会去开发EUV光刻机，干脆地躺倒认输了。这或许给了目前第四的上海微电子机会，加把劲说不定就能变成第二了。
　　但在这这已经渐渐明朗的＂垄断＂行业中，龙头通吃的荷兰ASML会给上海微电子，以及另外两个输家佳能和尼康，还能留下什么就真不好说了。总之，光刻机的路上，老大荷兰ASML已经一骑绝尘，剩下三个难兄难弟能跑多快，能跑多远，都是只能挣亚军了，而且是没有奖金的亚军，因为在这个赛道上，只有冠军能拿到奖金。
　　首先说下世界上生产光刻机的几个品牌
　　ASML
　　尼康
　　佳能
　　欧泰克
　　上海微电子装备
　　SUSS
　　ABM, Inc.
　　大家最熟悉的莫过于ASML了，经常有新闻报道这家人数不多的公司，每个高端光刻机的流向，都会引起人们瞩目，每一代高端cpu都离不开它的身影，而且有些型号还属于禁运品，可想而知它的重要性了。
　　下面我们说说国内的上海微电，由于各国对高端光刻机的控制，我国也于02年开始开发研制，主要提供90nm及以下的制造能力，还是面对低端市场，能很大解决国外垄断现象，提高我国芯片生产能力，主流的7nm生产工艺还主要在台积电，三星(只是使用方，没研发)手中，不过我们也是奋发图强，每年二三百台的出货量，大大提高我国芯片的竞争能力，如果分上中下三个等级的话，我感觉上海微电属于中等偏下水平，不过随着我们科技强国战略，这个等级还会随时变动，希望能造出超一流的设备，打造中国自己的高端芯片
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