半導體制造工藝復雜，制造一顆芯片要經(jīng)過很多的工序，每一個工序都有核心的技術，光刻也是其中之一，光刻機是半導體產(chǎn)業(yè)中重要的設備。芯片制造可以用點石成金來形容，從最初的硅晶片到芯片價值可以翻12倍。當原材料加工成晶圓后，將感光材料覆蓋在晶圓上，利用光刻機光線的反射將復雜的電路圖復制到感光材料上，再用刻蝕機將暴露出來多余的硅片刻蝕掉。經(jīng)過離子注入其它復雜的工藝便有了半導體的特性，最后進行測試，分割，封裝完成成品芯片。這些流程中，光刻機起到了很重要的作用。
以便大家更直觀地了解光刻，我們再以日常生活中的常見事物為例：LED燈是節(jié)能環(huán)保的綠色能源，它正是利用光刻機加工出的微納結構（P、N結）實現(xiàn)發(fā)光；電視、手機、電腦之所以能夠顯示各種圖像，是源于光刻機在面板內部加工出每個像素對應的多種微納結構；計算機更是光刻技術的集中體現(xiàn)，CPU、內存、主板、顯卡等都是光刻加工的產(chǎn)物，正是得益于光刻機技術的進步（最小加工尺寸減小），使得我們的CPU越來越快、內存越來越大；汽車之所以知道空調溫度、安全帶是否系緊、車門是否關好、當前車速、油量等等信息，正是源于利用光刻技術所加工的各種微型傳感器；機器人之所以能夠完成各種復雜動作，也是利用光刻機所加工的各種控制芯片、傳感器，實現(xiàn)運動控制；利用光刻機加工的納米微針，能夠實現(xiàn)無痛注射，減輕病人痛苦……光刻機的應用在現(xiàn)代生活中不勝枚舉。
作為制造芯片的核心裝備，光刻機一直是中國的技術弱項,其技術水平嚴重制約著中國芯片技術的發(fā)展。荷蘭ASML公司的光刻機設備處于世界先進水平，日本光刻設備大廠（如佳能和尼康）都逐漸被邊緣化，國內更是還有很大的差距，目前光刻機設備82%的市場都被荷蘭ASML公司壟斷，最先進7nm、5nm工藝的光刻機設備也只有ASML公司制造，我國也有在研發(fā)生產(chǎn)光刻機，但技術水平還比較落后，無法滿足現(xiàn)代芯片工藝要求。
光刻機的中外發(fā)展史對比
中國的光刻機研制在70年代后期起步，初期型號為接觸式或接近式光刻機，85年完成第一臺分步光刻機，此后技術一直在推進。
1977年，我國最早的光刻機GK-3型半自動光刻機誕生，JKG-3型光刻機是當時國內較先進的制造中大規(guī)模集成電路的光刻設備，這是一臺接觸式光刻機。（吳先升.φ75毫米圓片半自動光刻機[J].半導體設備,1979(04):24-28.）
1978年，1445所在GK-3的基礎上開發(fā)了GK-4，把加工圓片直徑從50毫米提高到75毫米，自動化程度有所提高，但同樣是接觸式光刻機。
同期，中科院半導體所開始研制JK-1型半自動接近式光刻機，于1981年研制成功兩臺樣機。
而美國在20世紀50年代就已經(jīng)擁有了接觸式光刻機，期間相差了二十幾年。此時的光刻機巨頭ASML還沒有出現(xiàn)（1984年，ASML才誕生），日本的尼康和佳能已于60年代末開始進入這個領域。
1979年，機電部45所開展了分步光刻機的研制，對標的是美國的4800DSW。1985年，研制出了樣機，通過電子部技術鑒定，認為達到4800DSW的水平。如果資料沒有錯誤，這應當是中國第一臺分步投影式光刻機，采用的是436納米G線光源（周得時.為研制我國自己的分步光刻機(DSW)而拼搏[J].電子工業(yè)專用設備,1991(03):30-38.）。按照這個時間節(jié)點算，中國在分步光刻機上與國外的差距不超過7年（美國是1978年）。
1990年3月，中科院光電所研制的IOE1010G直接分步重復投影光刻機樣機通過評議，工作分辨率1.25微米，主要技術指標接受美國GCA8000型的水平，相當于國外80年代中期水平。
國家在2000年前后啟動了193納米ArF光刻機項目。而ASML已經(jīng)開始EUV光刻機的研發(fā)工作，并于2010年研發(fā)出第一臺EUV原型機，由三星、臺積電、英特爾共同入股推動研發(fā)。這足足落后ASML 20多年。
中國目前能生產(chǎn)光刻機的廠家及技術現(xiàn)狀
1、上海微電子裝備有限公司
上海微電成立于2002年3月，鄰近國家集成電路產(chǎn)業(yè)基地、國家半導體照明產(chǎn)業(yè)基地和國家863信息安全成果產(chǎn)業(yè)化（東部）基地等多個國家級基地。該公司自主研發(fā)的600系列光刻機，已經(jīng)實現(xiàn)90nm的量產(chǎn)，目前正在研究65nm的工藝。
上海微電子的封裝光刻機在市場上的占有率就相當?shù)母吡耍绕湓趪鴥鹊氖袌錾稀Ｆ浜蟮婪庋b光刻機已經(jīng)可以滿足各類先進的封裝工藝，且具備向客戶批量供貨的能力，還出口到了國外。上海微電子的芯片后道封裝光刻機在國內的市占率有80%，在全球的市占率達40%。另外，該公司研制并用于LED制造的投影光刻機，在市場上的占有率為20%。
2、中子科技集團公司第四十五研究所國電
中子科技集團公司第四十五研究所國電，隸屬于中國電子科技集團有限公司，其在CMP設備、濕化學處理設備、光刻設備、電子圖形印刷設備、材料加工設備和先進封裝設備等領域具有較強的優(yōu)勢。目前，其光刻設備已經(jīng)實現(xiàn)1500nm的量產(chǎn)。
3、合肥芯碩半導體有限公司
合肥芯碩半導體有限公司成立與2006年4月，是國內首家半導體直寫光刻設備制造商。該公司自主研發(fā)的ATD4000，已經(jīng)實現(xiàn)最高200nm的量產(chǎn)。
4、先騰光電科技有限公司
先騰光電成立于2013年4月，已經(jīng)實現(xiàn)最高200nm的量產(chǎn)，在2014國際半導體設備及材料展覽會上，先騰光電亮出了完全自主知識產(chǎn)權的LED光刻機生產(chǎn)技術，震驚四座。
5、無錫影速半導體科技有限公司
無錫影速成立與2015年1月，影速公司是由中科院微電子研究所聯(lián)合業(yè)內資深技術團隊、產(chǎn)業(yè)基金共同發(fā)起成立的專業(yè)微電子裝備高科技企業(yè)。影速公司已成功研制用于半導體領域的激光直寫/制版光刻設備、國際首臺雙臺面高速激光直接成像連線設備（LDI），已經(jīng)實現(xiàn)最高200nm的量產(chǎn)。
目前我國能生產(chǎn)光刻機的企業(yè)有上述5家，其中最先進的是上海微電子裝備有限公司，光刻機量產(chǎn)的芯片工藝是90納米。據(jù)業(yè)界傳言，上海微電子也已經(jīng)在對65nm制程的前道光刻設備進行研制（目前正在進行整機考核）。光刻機技術到了90nm是一個很關鍵的臺階，設備制造商一旦邁過90nm的臺階，后面就很容易研制出65nm的光刻設備，之后再對65nm的設備進行升級，就可以研制出45nm的光刻機。有業(yè)者預估，上海微電子的光刻機設備有望在未來幾年內達到45nm的水平。
一臺“分辨力最高”真能打破國際壟斷局面？
在去年年底，11月29日，由中國科學院光電技術研究所承擔的超分辨光刻裝備項目在成都通過驗收，作為項目重要成果之一，中國科學家研制成功世界上首臺分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備，并形成一條全新的納米光學光刻工藝路線，具有完全自主知識產(chǎn)權。據(jù)介紹，該項目組經(jīng)過近7年攻關，突破多項關鍵技術，完成國際上首臺分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備研制，單次曝光最高線寬分辨力達到22納米。22納米的光刻機可以刻出來10納米的芯片。因為紫外光最小十納米，所以說十納米以下都得用多重曝光。——“結合雙重曝光技術后，未來還可用于制造10納米級別的芯片”。
當時央視對此臺光刻機如此報道：
超分辨光刻裝備項目的順利實施，打破了國外在高端光刻裝備領域的壟斷，為納米光學加工提供了全新的解決途徑，也為新一代信息技術、新材料、生物醫(yī)療等先進戰(zhàn)略技術領域，基礎前沿和國防安全提供了核心技術保障。
項目副總設計師、中科院光電技術研究所研究員胡松介紹：“第一個首先表現(xiàn)于我們現(xiàn)在的水平和國際上已經(jīng)可以達到持一致的水平。分辨率的指標實際上也是屬于國外禁運的一個指標，我們這項目出來之后對打破禁運有很大的幫助。”
“第二個如果國外禁運我們也不用怕，因為我們這個技術再走下去，我們認為可以有保證。在芯片未來發(fā)展、下一代光機電集成芯片或者我們說的廣義芯片（研制領域），有可能彎道超車走在更前面。”
然而，事實上真的如此嗎？連日本設備大廠都逐漸被邊緣化的光刻機技術，真的被“7 年”磨一劍的中科院光電追趕上了嗎？答案：肯定不是真的。
國際上首臺分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備的出現(xiàn)，并不意味著中國的芯片制造立刻就能突飛猛進。中科院光電所的這臺光刻機還有一定的局限，據(jù)介紹，目前這個裝備已制備出一系列納米功能器件，包括大口徑薄膜鏡、超導納米線單光子探測器、切倫科夫輻射器件、生化傳感芯片、超表面成像器件等，驗證了該裝備納米功能器件加工能力，已達到實用化水平。
也就是說，目前該裝備主要適合生產(chǎn)制造一些光學等領域的器件。其工業(yè)之路仍有較長一段路要走。這臺“超分辨光刻”裝備只可應用在小批量、小視場（幾平方毫米）、工藝層少且套刻精度低、低成品率、小基片尺寸（4英寸以下）且產(chǎn)率低（每小時幾片）的一些特殊納米器件加工。但是在看到其線寬分辨率優(yōu)勢的同時，同樣需要看到與主流商用的ArF浸沒式投影光刻機相比，其在視場、成品率、套刻精度及產(chǎn)率上的不同。所以其工業(yè)之路還比較坎坷。
有網(wǎng)友表示，以目前的技術能力，這臺設備只能做周期的線條和點陣，是無法制作復雜的IC需要的圖形的。所以，無法撼動ASML在IC制造領域分毫的地位。