晶片，這個最近耳熟能詳的詞語，頻頻出現在大眾視野，讓很多並不了解科技產業、並不熟悉晶片的人對晶片有了越來越多的認識。
晶片自從被發明出來，就一直是全球最高精尖的科技產品，任何電子設備，不論是軍用還是民用，都是離不開晶片的。
我國晶片發展起步晚，重度依賴進口，被人卡脖子
而我國的高科技產業起步較晚，在美國70年代家用電腦都已經進入尋常百姓家的的時候，我國連黑白電視機都買不起。
圖為美國七八十年代辦公場所的電腦
1985年波普藝術大師安迪·沃霍爾在電腦上使用GraphiCraft給美女修圖
直到從90年代開始，家用PC電腦才開始走入大城市的工薪階層和政府部門。而CPU晶片作為電腦的核心，是非常重要的，沒有它電腦就無法工作，它就像人們的大腦一樣，控制著計算機（電腦）的各種行為。
但是長期以來，由於國外晶片技術發展較早，比我國幾乎早發展了一代人的技術水平，而我國在晶片領域起步較晚，基礎比較薄弱，國外先進的技術、設備一直都是限制賣給中國使用的，所以我們只能從國外購買晶片，國產自給率不足20%。
圖片來自網絡
我國是世界上的晶片進口大國，每年都要花費數千億美元在晶片的進口上，因為我們無法製造出高端晶片，而製造不出高端晶片的關鍵原因，就是用於生產高端晶片的設備——光刻機，一直以來，最先進的光刻機都是由荷蘭ASML公司研發的，由美國、德國為首的發達國家掌控，形成龐大的利益共同體，而其生產的EUV高端光刻機內部達8萬多個零部件，其中關鍵零部件多產自美國，而這些對技術工藝要求極高的零部件，有不少是個別企業獨有的技術，別人根本無法複製和模仿，甚至就像ASML總裁所說的那樣：「即使公開圖紙，也不怕被山寨」。而臺積電、三星、英特爾、中芯國際、中興等等都是ASML的客戶。
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由於光刻機內部零件的複雜性，以及對高精密儀器製造的超高要求，我們國家無法製造出先進的光刻機，只能採買。美國一紙禁令，要求所有使用使用美國的技術、軟體設計、零部件和製造半導體晶片的設備以及相關廠商不得向中國華為出售相關半導體晶片產品。
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這項晶片禁令升級，導致華為甚至中國在晶片領域直接被美國卡脖子。我們面對美國的限制和打壓，正在面臨著前所未有的晶片困境，讓我們真正的意識到，自主研發國產晶片的重要性，而光刻機的自主研發，就成了重中之重。
什麼是光刻機
光刻機，又名掩模對準曝光機，是用來生產大規模、超大規模集成電路的核心設備。
一臺ASML光刻機，圖片來自網絡
晶圓是指製作矽半導體積體電路所用的矽晶片，其原始材料是矽。高純度的多晶矽溶解後摻入矽晶體晶種，然後慢慢拉出，形成圓柱形的單晶矽。矽晶棒在經過研磨，拋光，切片後，形成矽晶圓片，也就是晶圓。
其工作原理和照相機相似，光刻機利用發出的光，通過具有電路圖的光罩對塗有光刻膠的晶圓薄片進行曝光，而光刻膠在光的照射下發生反應，從而將光罩上的電路圖「複印」到晶圓薄片，從而將電路圖繪製在了晶圓上。
光刻機簡易工作原理圖
光刻機繪製電路圖簡單示意圖
晶圓經過切割等加工手段最終製成一個又一個的晶片。就如同單反攝像機一樣，鏡頭是最核心的部分，也是最貴的器件，光刻機也是如此，鏡頭也是光刻機最核心的部分，但是要比單反鏡頭要大得多，一個鏡頭直徑能達到1米高2米甚至更大。
因此，鏡頭就變得十分重要，德國蔡司鏡頭是公認的最強大的光學鏡頭，ASML生產的光刻機就是用的他家的。
光刻機有了鏡頭還不行，另外一個比較重要的就是光源，光源的工藝能力水平取決於其光源的波長。一般地，波長越短，工藝越好。這是為什麼呢？
大家都知道，初中物理就學過的一個公式【光速=頻率×波長】，那麼就能夠得出頻率與波長成反比【頻率=光速/波長】，光速是固定的，當波長越小時，頻率就越高，而頻率越高，振動幅度就越小，那麼光傳播的路線就越直，那麼它的抖動就越小，那麼圖像的像素點就會越小越密，那麼解析度就會越高，就越能夠精準的將電路圖繪製在晶圓上。
目前比較流行的光源分為三種：
常見的幾種不同光源的光刻機與對應的光源波長關係
光刻機解析度，以納米為單位，其計算公式為：【解析度 = 工藝係數 * 波長 / 鏡頭數值孔徑】
工藝節點： 工藝節點（nodes）是反映集成電路技術工藝水平最直接的參數。通常我們所常見的描述晶片是多少多少納米，就是指的工藝節點。目前主流的節點為0.35um、0.25um、0.18um、90nm、65nm、40nm、28nm、20nm、16/14nm、10nm、7nm等，和最近最新的工藝節點為5nm，臺積電已經實現。
在65nm工藝及以前，工藝節點的數值幾乎和光刻機的最高解析度是一致的。由於鏡頭數值孔徑並沒有太大變化，所以工藝節點的水平主要由光源波長決定，ArF193nm波長可實現的最高工藝節點就是65nm。而在65nm以後，由于波長難以再突破，業界發明了一種沉浸式技術，將等效的光源波長利用水的折射原理縮小到了134nm。而引入這一技術之後，鏡頭數值孔徑也進一步得到提高，從而使得解析度提高了。
因此，雖然光源波長沒變，但是工藝節點卻推進到了28nm。然而到了28nm後，技術難以再解決出現的單次曝光系列問題，便使得28nm成為工藝節點的一個重要分水嶺。
圖為光刻機工藝節點與光源波長的關係
毫無疑問，EUV光刻機是最好的。主流廠商的7nm及以下晶片的製造工藝都會採用EUV光刻機，其中三星在7nm上已經採用，而EUV光刻機目前只有ASML一家能夠量產，因特爾和臺積電一直到7nm工藝節點都依然使用浸潤式（immersion）ArF的光刻設備，而7nm以下的工藝就必須採用EUV光刻機了。沉浸式DUV光刻機（ArF + immersion）能夠生產28-7nm晶片。
在未來，5nm和3nm工藝必然是EUV光刻機的天下，三星7nm工藝已經採用了EUV光刻機，而中芯國際早在2018年就已經從ASML訂購了一臺EUV光刻機，然而卻因為美國從中阻撓，雖然錢已交付，但是貨卻遲遲無法拿到。
我國光刻機落後的現狀
目前我國的晶片技術水平至少落後國外10年，而中芯國際是我國數一數二的晶片製造廠商，其目前的水平可以量產14nm晶片，但是整整比臺積電5nm工藝水平落後3代。雖然能夠量產14nm晶片，但是其使用的光刻機依然是DUV沉浸式光刻機，只能夠生產28-7nm晶片，7nm以下的晶片是無法製造出來的，必須使用EUV光刻機，然而中芯國際向ASML購買的EUV光刻機，花了7個億，錢打過去了，卻遲遲兩年沒有到貨。
上海微電子裝備有限公司，圖片來自其官網
上海微電子國產600系列光刻機只能實現90nm，相當於國外2004年的水平，整整落後16年。
圖為上海微電子600系列光刻機技術參數
製造光刻機的難度，可能比製造航天發動機還要困難，目前世界上沒有一個國家能夠可以獨立完成高端光刻機的製造，哪怕是ASML能夠製造，也不是憑藉一己之力完成的，它是國際上數十個國家合作才能完成的。
美國近期的一紙禁令，讓國內晶片相關產業為之顫抖，看似是打壓限制華為，實則是制裁我國晶片產業的發展之路。晶片的重要性也得到了國家重視，直接拿出1600億投資華為、上海微電子、中興等公司，研發自主智慧財產權的晶片。
雖然光刻機製造技術我們難以企及ASML的高度，但是在國產企業的努力下，成果還是有目共睹的。
接下來就給大家介紹一下近段時間以來的最新研究成果。
有消息稱上海微電子28nm光刻機即將交付，22nm光刻機研發成功
6月中旬的時候，一名自稱上微的員工在某論壇發帖稱，上海微電子就稱28nm工藝節點的光刻機將會在2021年下半年交付，最遲2022年，將達到批量生產，大批交付使用。隨後該帖子已經被刪除。
雖然沒有得到官方證實，但是最近都在宣傳報導此事，假如這個傳聞屬實，那麼對於我國光刻機技術發展來說將會是一個非常大的突破。
這裡有一個誤區需要解釋一下，該光刻機並非光源28nm的光刻機，28nm應該指的是28nm工藝節點，並非光源波長。因為按照目前上微官網SSA600/20光刻機介紹來看，最高工藝節點是90nm，使用的光源為365nm，如果28nm工藝節點屬實，那麼估計採用的應該是沉浸式193nm光刻機實現的。
而緊接著7月7日有媒體報導稱上海微電子技術公司成功研發出22nm工藝節點光刻機，採用紫外光源實現22nm工藝，成功打破西方技術壟斷。
圖片來自上海微電子官網
很多人會質疑和小看22nm工藝，會覺得現在都7nm、5nm晶片了，還停留在22nm上，如此「粗糙」能有什麼用？當然，我們承認與ASML 5nm工藝還有巨大的差距，但是相比之前90nm工藝，我們的進步是非常明顯的，而且22nm工藝應用範圍是非常廣的，雖然可能用在手機晶片上會顯得十分落後，但是在其他領域上的應用是十分廣泛的，22nm以上的工藝都可以通過該光刻機製造出來，足以應對全球60%以上的晶片製造，而且就這，我們還是達到了世界前列水平，但是距離世界高端水平依然有巨大的差距。
22nm工藝光刻機的成功讓我們看到了國產芯的曙光！
中科院5nm雷射光刻技術研究有了新進展
前幾天被媒體爭相報導，說中科院官網公布了一項技術研究論文進展情況，媒體報導如下：
據中科院7月7日官網報導稱，近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員張子暘與國家納米中心研究員劉前合作，在Nano Letters上發表了題為5 nm Nanogap Electrodes and Arrays by a Super-resolution Laser Lithography的研究論文，報導了一種新型5nm超高精度雷射光刻加工方法。研究團隊基於光熱反應機理設計開發了一種新型三層堆疊薄膜結構。
然而大師兄並沒有在中科院官網上找到與網絡傳播的那張截圖，中科院7月7日相關報導或已被刪除，大師兄只在其官網搜到這樣一篇文章，發表時間是7月13日。
截圖來自中科院官網
估計中科院發布的報導，讓很多人誤以為中科院研發出了5nm光刻機，產生了誤會，所以隨後出來闢謠糾正了。不過論文還是存在的。
圖為該論文部分截圖
該技術採用雙雷射束（405nm）交疊技術，精確控制能力大幅提高，突破極限，達到最小5nm工藝的水平。
該技術有別於傳統的縮短雷射波長和增大鏡頭數值孔徑的方式（前面有介紹縮短波長，增大孔徑，可以提高解析度），而是利用自主研發的雷射直寫設備，利用了雷射與物質的非線性交互來提高加工解析度。
後面這段話非專業人士聽不懂，忽略就好，反正就是有了這項技術，我們就有了光刻5nm的方法！是一個新的突破！
但是也不能高興太早，因為這離5nm工藝光刻機的實現還很遙遠！
三星跳過4nm，直接邁入3nm研發
放眼世界，在先進的晶片製造領域，存在三足鼎立之勢，分別是臺積電，英特爾和三星。
而英特爾目前還只停留在7nm工藝，臺積電與三星在7nm以下產生了激烈的競爭，這不得不引起業界的廣泛關注。
我們一直在討論臺積電和華為在晶片供應上的種種拉扯，卻忽略了三星這個大廠，突然冒出的消息讓人虎軀一震。
根據外媒報導，三星投資上百億美元，跳過4nm工藝，進擊3nm晶片領域。
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臺積電一直是三星的最大競爭對手，在5nm工藝的競爭上，三星已然是略敗下風。而臺積電早已經在4nm及3nm工藝進行了技術儲備，4nm量產計劃也將在2022-2023年有望實現。從工藝上講，三星是落後臺積電一年多的，而這次三星跳過4nm，直接進入3nm工藝，必然是想要與臺積電再次拼個你死我活。
圖來自DigiTimes
而且有消息傳出，三星將在3nm工藝上繞開美國專利技術，從而擺脫美國技術限制，為華為供貨提供了可能。
三星在晶片領域起步較臺積電晚一些，臺積電一直是華為的重要客戶之一，而因為美國的影響，臺積電不得不縮減、甚至是取消為華為代工的訂單，6月份臺積電曾宣稱將第四季度華為晶片的訂單取消，從而將該部分訂單產能分給了蘋果、高通以及國內部分手機廠商。而三星在與華為的合作上，雖然沒有臺積電那麼多，但是依然是比較重要的合作夥伴。
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三星或將從臺積電手中取得更多的華為5G晶片的訂單，雙方的合作亦有可能將進一步加深。
未來很長一段時間，三星的主要客戶依然是高通，而如果三星能夠繞過美國專利技術，採用自有產權實現3nm工藝，那麼預計華為也將成為三星的重要合作夥伴。
總結
美國不管是對華為卡脖子，還是對中國卡脖子，甚至對所有國產廠商卡脖子，雖然短時間內對我們有所影響，但適當的卡脖子也不算壞事兒，因為有美國這樣的存在，將會使我們警鐘長鳴。
一次又一次地提醒著我們「堅持獨立自主研發」、「自主智慧財產權」有多麼地重要。
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光刻機的重要性是不言而喻的，一臺光刻機雖然售價七八億人民幣，創造的晶片價值雖小，但是卻至關重要，沒有它就造不出晶片，創造的價值和產業鏈、供應鏈是非常巨大的。
中國目前的半導體行業，較國外落後10-20年，不論是國產光刻機，還是國產晶片設計與製造，又或者是國產作業系統，我們都需要國人不斷地支持，努力的追趕，相信在不久，撐住這未來5-10年，挺過去，我們國產技術必定能夠追趕上國際先進水平。
「沒有傷痕累累，哪來皮糙肉厚，英雄自古多磨難！」
加油，華為，加油，中國！
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