我国在半导体领域遭到了美国的严厉封锁,中国造不出顶尖光刻机?
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众所周知,我国在半导体领域遭到了美国的严厉封锁,从芯片到光刻机,任何厂商都不能向中方提供先进设备和技术,否则就要遭到美方的打压。在这种情况下,各大厂商只能放弃对华合作,而我国想要破局只能自主研发,首先要做的就是独立制造光刻机。目前较为先进的光刻机是EUV设备,但我国却仅有DUV设备,想要造出5nm、7nm以及更高制程的芯片,只能攻克EUV技术。
但在最近,光刻机巨头ASML总裁却再放狠话,声称中国直言光刻机的希望很渺茫,几乎不可能独立复制出先进的设备。这一点的确是事实,EUV难度之所以高,就是因为其集成了全球顶尖技术,供应链和技术都来自不同的国家,我国想要在短时间内追平差距的确很难,但这并不代表没有希望。而ASML总裁也立即补充道,话不能太绝对,中国一定会为此努力尝试。
光刻技术是使微电子和纳米电子器件在过去半个世纪中不断微缩的基础技术之一,光刻制造是晶圆制造最关键、最复杂和时间占比最高的环节。
目前,全球光刻机已由荷兰ASML、日本尼康和佳能公司完全垄断。据芯思想研究院(ChipInsights)数据,2020年上述三家公司半导体用光刻机出货413台,较2019年的359台增加54台,涨幅为15%。其中,ASML公司出货258台,占比62.47%;尼康公司出货31台,占比7.51%;佳能公司出货122台,占比29.54%。
据估算,光刻机约占晶圆制造设备投资额的23%,再加上光刻工艺步骤中的光刻胶、光刻气体、光罩(光掩膜版)、涂胶显影设备等诸多配套设施和材料投资,整个光刻工艺占芯片成本的30%左右。
区别于晶圆制造其他工艺,光刻机组件及配套设施复杂,形成了自身的产业链。光刻机的制造研发并不是某一个企业能够单独完成的,光刻作为晶圆制造过程中最复杂、最重要的步骤,主要体现在光刻产业链高端复杂,需要很多顶尖的企业相互配合才可以完成。光刻产业链主要体现为两点:一是作为光刻核心设备的光刻机组件复杂,包括光源、镜头、激光器、工作台等在内的组件技术往往只被全球少数几家公司掌握;二是与光刻机配套的光刻胶、光刻气体、光罩(光掩膜版)等半导体材料和涂胶显影设备同样拥有较高的科技含量。
伴随着工艺与设备的双重突破,光刻设备成为推动摩尔定律的核心设备。光刻机已经历经五代发展。随着制程精度提升,光刻机复杂程度提高,ASML(阿斯麦尔)公司贯通光刻产业链,完全垄断了10纳米以下的工艺。
以ASML的EUV(极紫外)光刻机为例,7纳米制程的EUV光刻机内部共有10万个零件,90%的关键设备来自外国而非荷兰本国。ASML作为整机公司,实质上只负责光刻机设计与各模块集成,需要全而精的上游产业链作为坚实的支撑。纵观ASML的5 000多个供应商,其中与产品相关的供应商提供直接用于生产光刻系统的材料、设备、零部件和工具,此类别包括790家供应商,采购和运营支出占ASML总开支的66%。
说到国产科技的痛,一定绕不开的话题就是光刻机,现在以华为在内的国产手机已经越来越成熟了,但在芯片大战中,中国仍然处于下风。当然,人们也知道我们造不出顶级芯片,是因为买不到高端的EUV光刻机。目前我们芯片只能生产14纳米,光刻机只能生产28纳米,距离顶尖水平还差很远。
光刻机是芯片制造的核心设备,也是研发难度最大的半导体设备,目前来看,全球最顶尖的光刻机制造商是荷兰的阿斯麦,但该公司也被美国视为围堵中国大陆芯片发展的“政治棋子”,因此,中国遭到了西方的“卡脖子”,被封锁了购买先进光刻机的渠道。
在这样的背景下,荷兰竟有了对我们“叫嚣”的狂妄,不久前,阿斯麦CEO温彼得称,中国不太可能独立复制出顶尖光刻机技术。同时他还给出解释,表示,阿斯麦能有今天的成就源于不懈的创新,以及整合只有从非中国供应商处才能获得的零部件。随后,他话音一转,说这并非绝对不可能,因为中国的物理定律和我们这里是一样的。永远别那么绝对,他们肯定会尝试的。
事实上,中国一直以来也在不断尝试打破卡脖子格局,甚至还收购了日本先锋微技术公司,让国内芯片研发制造实力大增。收购先锋科技,意味着其公司旗下所有的产品都将成为中国所属,其中还包括了五台光刻机。对于中国来说芯片来说无疑是个好消息。
同时,我们也要认清现实,美国多次打压与芯片有关的中国企业,比如中兴和华为,美国制定的“规则”一次次向我们泼下冷水,说到底就是因为我们在芯片制造业上的短板,不论制造芯片的路上有多难,这条路我们都会坚持走下去。
值得一提的是,从2018年开始,阿斯麦就试图向中国大陆销售EUV光刻机,希望进一步进入中国大陆市场,但在美国的持续施压下,荷兰政府一直未批准其出口许可申请,其实荷兰也在一直担心,担心出口管制将加快中国自主研发,15年时间里他们将做出所有的东西,担心中国完全自主掌控供应链之后,欧洲供应商将彻底失去市场。
这显然无需多言,虽然自主研发光刻机很难,但并非没有可能,更何况中国完全可以用技术革新来实现超越。而在小编看来,ASML总裁此番发言可能是“醉翁之意不在酒”,虽说其是业内巨头,有资格预测中国独立自研光刻机的可能,但屡次三番提起说明其真实意图绝没有这么简单。从ASML的几次发言来看,其似乎比我国还要关切,在光刻机自研上,为何ASML比中国还着急?利润下降足以说明问题。
在无法对华出售设备的这段时间里,ASML的营收利润直降,光2021年四季度,其收入就同比下滑12%,这种下滑持续到2022年一季度,预计将同比下滑30%以上,收入预计只有33亿欧元。中国不买利润直降?虽说在这期间全球经历了疫情,ASML也在不久前遭遇了工厂大火,出货延迟导致利润下降,但失去中国市场的确在影响着ASML的收入。
如今,我国已经建立起全球最完善的工业体系,覆盖200多个工业门类,能自主解决99%以上的工业配件需求,“中国制造”已经成为我国新的名牌,走向了全球。遗憾的是,我国工业尚存在短板,始终在芯片领域受制于其他国家。
由于缺少研制光刻机方面的经验,过去很长一段时间我国都严重依赖国外芯片,一旦其他国家采取措施,我国高科技产业都将面临被卡脖子的局面。但是,研制光刻机并不容易,我国曾派出专家团队向西方国家学习,没想到西方国家不仅没有给我国提供帮助,反而对我国进行了嘲讽,扬言就算把图纸送给中国,也不可能造出光刻机!面对西方国家的态度,我国选择用实力证明自己。
据悉,我国上海微电子企业早就研制出了国产光刻机,虽然精度远远比不上世界顶尖水平,却让我国实现了从无到有的突破。值得一提的是,近几年我国国产芯片发展迅猛,成功研制出了高能同步辐射光源设备和透镜镀膜装置,技术处于世界顶尖水准。据悉由中科院研发的“高能同步辐射光源设备”可以适用于航天航空以及半导体等高端领域,同时这也是全球最亮的第四代同步辐射光源之一,高强度的光源可以有效降低芯片制造过程中,对于光刻机设备的精度要求,给国产芯片带来了全新的希望。
同时,中科科仪研发的纳米聚焦镜镀膜装置也实现了技术突破。透镜镀膜装置的层制备工艺可以满足大多数的物理镜头,其中就包括了EUV光刻机当中的核心部件“光学镜头”,该技术是国产光刻机最重要、同时也是最后的拼图。中科科仪所研发的镀膜设备,已经能够将膜厚的精度很好地控制在0.1nm以内,与国际先进水平相差无几,也足以达到制备光刻机光学镜头的条件。更加关键的是,整个过程完全由我们自主完成。