光刻机真的比原子弹难吗（光刻机比原子弹更难造）

在芯片领域，有一种堪比经济领域“印钞机”的东西，但它的价值比印钞机还要大——这就是光刻机。

放眼全球，也只有荷兰阿斯麦AMSL一家公司能造得出全球最尖端的光刻机来。中国中芯国际曾经苦等数年的时间，也没能买下一台EUV级别的光刻机。

荷兰人更是放言：给中国人图纸也造不出光刻机来。

怎么，难道光刻机比原子弹还难造不成？荷兰人凭什么这么说呢？

（阿斯麦的光刻机）

一、制造材料的差异？原子弹能造，造不了光刻机？

“造得了原子弹，造不了光刻机？”这种随处可见的讨论有很大的受众面。

在一部分人的认知里，当年我们一穷二白，靠着坚韧不拔的意志，实现了原子弹从无到有的传奇突破；而如今国力强盛，人才辈出，难道拿不下“区区”光刻机吗？

但是实际上，原子弹和光刻机的制作过程有着本质的区别：用一个并不太恰当的比喻来说，如果原子弹可以归功为顶尖科学家的不懈努力，那么光刻机则是需要全国人民的共同奋斗。

就拿当年制造原子弹所遇到的问题来说，其实最关键的一环是如何寻找制造原子弹的原料——铀235，这是一种自然界中并不常见的元素，而它的性质却是十分的奇妙。

铀235在经受剧烈的撞击之后，会相继分裂成2到3个缩小版的自己，并向外释放出3到4个具有超高速的微粒。这些被释放出来的微粒继续去撞击其他的铀235，反反复复，并最终释放出极大的能量。

（原子弹）

因此，找到铀235，制造原子弹的难题就能破解一半。但是，原子弹不是那么容易制造的，要不然也不会如今世界上只有8个国家拥有核武器。

上个世纪50年代，每1千克铀235的售价在国际市场上达到了1600万美元，以中国全年的GDP来算的话，举全国之力也买不起1吨铀235。但纵然如此，铀235也是有价无市。

当时，全球范围内的铀矿分布就局限在少数的几个国家，比如说南非、美国、加拿大这样的国家。如果中国想要进口铀235，不仅要绕过联合国的安全检查，还得经过美国的首肯才可以——这对于当时中美关系紧张的双方而言，几乎是不可能完成的事情。

（铀矿石）

因此我国组建了大量的铀矿勘测队，扎根大西北，深入东北边境，寻找可能存在的铀矿。经过一系列的勘探之后，我国终于在华中地区寻找到了梦寐以求的铀235。

而获得铀235才仅仅是制造原子弹的开始，如何提纯铀235是接下来最为重要的环节。纯铀235之后，还需要工作人员进行细腻的加工，车间外面还要有数10个应急大队，以防各种危险的发生。原子弹正式试爆之后，还需要一大批科研工作者深入其中，采集最准确的样本。

由于铀235的不稳定性，原子弹的每一步生产过程都需要小心翼翼，稍有不慎就会酿成大祸。

相较之下，光刻机的制造过程似乎安全的多。但是光刻机对精度、对工艺水平有着超越原子弹研制水平的要求。

“光刻机”是一个民间的称呼，它真正的学名叫做“掩模对准曝光机”。单从名字上看起来，光刻机平平无奇，然而涉及到细节，才会让人感到竟是包罗万象。

（光刻机制造芯片）

光刻机是生产高精度集成电路的唯一设备，它可以把设计出来的电路架构“涂抹”到“光刻硅胶片”上，从而实现高精度芯片的制造，被誉为“现代人类文明的奇迹”。

光刻机是一种比印钞机还要赚钱的工具，目前，全球范围内最先进的光刻机只有荷兰的阿斯麦公司能够制造出来。而高端光刻机——EUV光刻机的制造数量也不过每年区区20台。

为了争夺这20台光刻机，中国台湾的台积电和韩国的三星公司都会大打出手，而我国的中芯国际，卧薪尝胆近十年也没有得到一台拿得出手的光刻机。

（巨无霸——光刻机）

面对着芯片封锁的危难局势，中国也曾想要和荷兰的阿斯麦公司谈谈条件，但是被荷兰人一口回绝，甚至说给我们图纸也造不出光刻机来，真的是这样吗？

二、有图纸也造不出来？先看看光刻机的巅峰对决

在上世纪80年代，荷兰的阿斯麦还只是一家小企业，是工业巨头利物浦旗下一家小公司，满打满算整个公司上上下下就30多名员工，办公的地点也是临时板房，条件可谓是艰苦至极。

但就是这样一群人，有着建造出光刻机这颗“半导体行业皇冠上的明珠”的梦想。

那个时代，芯片的制程被局限在微米级别，日本的尼康、美国的GCA都是响当当的半导体巨头，均在光刻机领域有所建树。

日本的尼康公司更是用了短短3年的时间，就拿下了英特尔、AMD等电脑制造公司的所有订单。当年的情形，与我们渴求阿斯麦的EUV级光刻机并无二致。

然而，作为当年市场上最为辉煌的光刻机巨头，尼康竟然在21世纪到来的前夕迅速衰败。

与阿斯麦几种需要全球供应零件的光刻机制造商不同，尼康是把所有的技术工作都揽在自己的身上。尼康就像如今的美国苹果公司，芯片、操作系统都由自己的公司来研发，打造了属于自己的生态。

但在上世纪90年代出了这样一件事——光刻机的一项关键参数被锁死在193纳米，没有一家厂商能够突破这一精度。谁能突破193纳米的制作精度，谁就将在未来的市场上占得先机。

（尼康的光刻机）

如何得到突破呢？当时世界上几乎所有的半导体界都参与了进去，但是中国却是陷入了“造不如买”的怪圈之中，并没有跟上这一波光刻机发展的浪潮。

当时，尼康想要在原有基础的道路上一步步精雕细琢，稳步地推进工艺水平，一点点地向前摸索；

而以阿斯曼为代表的新生光刻机公司则显得更为激进，采用了极为冒险的极紫外技术——这也是一项将电子元件模型拓印在光刻硅胶片上的操作，只不过此前从未采用过。

极紫外技术将要用仅仅十几纳米的紫外光，将模型复刻在制造板上，从而实现精度在10纳米以下的芯片的制作。

（EUV技术脱颖而出）

其实，这两种制作方法都非常的不容易。但令人惊讶的是，此前一位寂寂无名的怪才脱颖而出。

这个人就是台积电的工程师林本坚。他提出了传奇般的“沉浸式光刻”方案。这一方案涉及了十分简单的物理原理，就是折射。

但是无论是美国的公司，还是德国和日本的公司，都对这一方案嗤之以鼻，甚至告诫林本坚“不要插手不该插手的事情”。

就在林本坚万念俱灰的时候，荷兰阿斯麦公司向他抛出了橄榄枝，全盘采纳了他的想法，并在2004年赶制出了第一台样机，一跃成为光刻机行业的领头人物。

但是，这仅仅只是个开始。光刻机行业的日新月异，其更新换代速度之快，如果不经过时间的积累，是根本无法超越的。

（浸润式光刻机之父——林本坚）

荷兰阿斯麦之所以敢于说“给中国人图纸，中国人也造不出光刻机”，其实赌的正是相关技术积累的价值——光源功率、透镜、反射镜系统、真空环境配置、防护膜、抗腐蚀剂的配比……这是光刻机行业历经几十年的积累。

但这几十年的积累又不只有阿斯麦一家企业，当年阿斯麦之所以能够在国际市场上顺风顺水，背后还有着美国政府的支持。

美国人联合自己几乎全球范围内的盟友，有钱的出钱有力的出力，方才打造了EUV技术的光刻机，也就是前文所述的极紫外技术光刻机。

（光刻机）

美国为阿斯麦提供了一个工厂和一个研发中心，而作为回报，荷兰阿斯麦公司不得对美国技术保密，除非极核心机密。而且，阿斯麦必须保证美国全国的产能需求。

此外，生产光刻机的核心部件有55%要从美国供应商处采购，所有的生产标准是荷兰与美国共同制定的——如果中国真的能拿得到EUV光刻机的图纸，怎么拿到原材料就是一个大问题。

就以生产EUV光刻机的核心零件——大功率光源来说，全球范围内仅有一家企业可以供应，那就是美国的CYM公司。除此之外，全球范围内再也没有其它厂商能有能力制造这样精密的仪器。

（光刻机的内部）

由此可见，荷兰人说的话并非是空穴来风，单有图纸，制造出EUV级光刻机的希望十分渺茫，但是，制造出普通级别的光刻机，并非难事。因此荷兰人的话并不能说是完全对，中国正在赶超之路上。

三、昔日的辉煌，展望未来

在2021年的时候，上海微电子公司向外宣布，可以实现28纳米制成的国产光刻机。只是遗憾的是，这一款光刻机未能通过验收，目前我国的光刻机水平维持在90纳米.

不过，这并不意味着我国毫无建树，越来越多的消息传出，我国在28纳米光刻机和14纳米光刻机的建设进程上采用同步发展模式，未来可期。

其实，中国人完全有能力研制出国产的光刻机来。因为在过去，中国在外有强敌封锁的情况下，就曾凭借一己之力，打造出了国际一流水准的光刻机。

（《人民日报》发文称国产光刻机时代即将来临！）

上世纪60年代，在清华大学任职的徐端颐教授加入了制造光刻机的队伍之中。在当时，因为光刻机制作技术难度大，理论知识复杂，它早早地就被列入了尖端产品，禁止向中国出售。

因此，中国根本没有任何关于光刻机的外国资料，徐端颐教授只能率领团队从头做起，从每一个零件做起。

尽管困难多多，但是整个科研团队的成员边干边学，没日没夜地赶制图纸。

在外界条件极为刻苦的情况下，徐端颐的团队在1971年成功研制出了我国历史上的第一台国产光刻机。自此，我国的光刻机研制团队就和开了挂一般，技术水平突飞猛进。

1980年，我国的第二代光刻机横空出世，芯片制程来到了0.8微米。而放眼如今的世界，也只有美国荷兰和日本能够达到如此精度。

等到上世纪90年代，我国光刻机的研制成果更是惊人，甚至有美国的公司专门来到中国谈合作。为了庆祝这来之不易的成果，我国决定将最先进的国产光刻机放到展览会上展出，并邀请海内外记者专家一同参展。

然而正是这一次展览会，使得我国的光刻机研制完全停止。

在当时，我国的研究团队并没有“知识产权”这样的想法，认为知识无国界，理应相互分享。因此外国人问什么，我国的科研人员就答什么，可谓是把我国国产光刻机的细节问了个底朝天。

有的日本专家甚至趴到光刻机上仔细地观察，面色严肃。

他们惊讶于中国的科研水平，在外部封锁如此严密的情况下，中国人竟然能够制造出国际一流水准的光刻机，连称“Unbelievable”（难以置信的）。

外国的专家来了一波又一波，包括尼康等大企业在内的所有光刻机专员都曾参观过我国的光刻机。他们对我国的水平心悦诚服，甚至邀请徐端颐教授去国外做访学工作。

在我国展览会结束不久之后，外国突然宣布取消对中国光刻机的禁运工作，而且以十分优惠的价格向中国出售光刻机。

为了进一步打消中国人的顾虑，这些外国公司甚至推出了“购买光刻机，包全公司人旅游”的诱惑——这对于当时几乎没有出过国门的企业领导人来说很有吸引力。

这一番操作下来，徐端颐教授所研制的光刻机遭遇了灭顶之灾，“造不如买，买不如租”的论调也就此席卷全国。许多国内企业纷纷取消国产光刻机的订单。

而研制光刻机的成本是十分巨大的，其最终也是要面向市场赚钱的。失去了大量的订单之后，国产光刻机就此走上末路，所有的研究工作全部停止。

（光刻机关键的EUV技术）

外国的光刻机长驱直入席卷中国市场，而此时国内已经没有任何能打的光刻机制造商了，因此外国企业趁机抬高价格，节节攀升。

在2005年的时候，最普通的一款光刻机就达到了几亿美元的价格，这对于当时的中国来说已经是近乎天价了。

再往后，美国开始限制中国进口光刻机，只向中国出售芯片，不向中国出售技术。

而到如今的局面大家已经十分清晰了，一些国家开始在芯片问题上卡中国的脖子，中国半导体企业陷入深深的绝望之中。

（ASML一家独大）

如今，国外最为先进的光刻机已经将中国遥遥地甩在了身后。而当年的光刻机领袖——徐端颐教授早已退休，相关的研究人员大都已不在国内，各散四方。

未来的国产光刻机研制之路，只能看中生代的科研工作者和年轻人的奋斗了。

结语：

中国的光刻机研制之路还面临着另一个难题，那就是市场。如今全球范围内，所有与半导体有关的企业，几乎只是信赖荷兰阿斯麦公司生产的光刻机，非阿斯麦不用。

之前尼康鼎鼎大名，但是在2012年的时候，美国英特尔公司联合韩国半导体巨头三星集团，以及台湾芯片制造商台积电共同投资近百亿欧元，入股荷兰阿斯麦公司，他们彼此相互捆绑，垄断了全球的芯片市场。

而站在这四家企业背后的，则是美国政府的支持。作为“全村的希望”，阿斯麦几乎拥有着全球最好的科研团队和最为出色的科研力量，经费充足，人才汇集，在光刻机的研制之路上越走越远。

2015年，阿斯麦量产EUV级别光刻机，但是中国却是受到了进口的限制。对于那些拿到了机器的半导体商家来说，可谓是“机器一响，黄金万两”，早拿到一天，所能生产的芯片数量就能超过同行一些，所能收获的订单也就更多一些。

也正是从那时起，“印钱许可证”成为了光刻机的代名词。

而整台光刻机90%的零件都要来自于美国和欧洲市场。毫不夸张地说，是资本主义国家的工业体系创造出了阿斯麦如今的辉煌。

中国国产光刻机的研制之路，并不仅仅是技术上的突破那么简单，任重而道远。

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