芯片“印刷机”背后:人类物理学的终极探索和大国游戏的战场
正文：李雅静史亚琼
编辑：史亚琼
随着我国芯片安全问题的出现，光刻机成为业界关注的焦点。
其单价超过1亿美元，目前仍供不应求。被认为是目前摩尔定律的重要推动者，比芯片公司的“印刷机”要好。被视为半导体行业的皇冠明珠，是多学科的结合体，设备重达数十吨，需要多架波音飞机运输。虽然是工业设备，是商业产品，但它的命运始终摆脱不了大国之间的竞争博弈。
摩尔定律正在挑战2nm的物理极限，叠加复杂的国际关系，光刻成为2020年应该了解的行业之一。所以我们做了这个轻工业研究，希望能真实的呈现这个行业的过去，现在，未来。
我们希望在本文回答以下问题：
为什么光刻机对芯片行业如此重要？
为什么最先进的光刻机这么难开发？
3全球光刻机行业目前的格局如何？ASML是如何成为最重要的光刻玩家的？
国内光刻机与国外的差距在哪里？
为什么中外光刻机会差距这么大？
随着光刻机接近物理、材料科学、精密制造的极限，未来会呈现怎样的发展趋势？
一、为什么光刻机这么重要—— “如果我们交不出EUV光刻机，摩尔定律就会从此停止”
光刻机有多重要？
作为世界领先的光刻机公司，荷兰ASML公司表示——“如果我们不能交付EUV光刻机，摩尔定律将从此停止”。
在过去的50年里，半导体行业一直遵循摩尔定律，这是一个经济定律：集成电路上可以容纳的元件数量将每18个月翻一番。这意味着每18个月，为了将芯片的性能提高一倍以上，芯片的制造工艺将减少至少一倍。
20世纪初的芯片纳米工艺进度表，图片来自互联网
21世纪初，芯片刚刚进入100纳米工艺。当时光刻机的门槛并不高。2007年，中国上海微电子设备有限公司成立5年，同年研发出90nm光刻机。其实上世纪七八十年代，尼康、佳能等光学厂商，英特尔等芯片厂商都做过光刻机。
纳米过程预测
(a)为什么光刻机对芯片工业如此重要？我们可以简单一点，先拆开。
1、芯片的制造过程
为了更清楚地表达光刻机对芯片行业和摩尔定律的重要性，我们可以先简单描述一下芯片的制造过程。
您可以看到一个简单直接的芯片开发和生产流程图：
半导体产业链，图片来自中泰证券
当一家公司想要研发芯片时，他们会使用Cadence和Synospsys提供的EDA工具来辅助芯片设计。在此期间，他们将使用来自自己研究或第三方(如ARM)的各种IP核。芯片设计完成后，将移交给TSMC TSMC、UMC UMC、SMIC SMIC等这些代工厂的生产设备就包括了来自ASML等的光刻机.晶圆代工厂生产，最后经过阳光和长江电子科技的封装测试，形成完整的芯片。
可以说，光刻的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上，这是IC制造的核心环节，也是整个IC制造中最复杂、最关键的工艺步骤。
2、光刻机的原理
光刻是指光刻胶在特定波长的光或电子束下发生化学变化，通过曝光、显影和刻蚀将掩模上设计的图案转移到衬底上的精细加工技术。
光刻机一般是通过激光或电子束直接在光掩膜版上进行书写，然后用激光照射光掩膜版。晶圆上的感光材料由于光敏而改变其材料性质，然后通过显影将芯片从设计版图转移到硅片上。这其实是摄像头和投影仪的结合，但是最后我想把电路图打印在硅片上。
我们以激光为光源的光刻机为例，看看它简单的工作原理和过程。制作芯片时，首先在晶圆(硅片)表面涂上感光胶，然后通过掩模版(相当于芯片线路图的负片)对硅片表面进行光照射