ASML光刻机迎来史上最严限制,2050及2100光刻机出口许可证部分撤销,中国芯片制造或遭遇最严重的危机。
那么问题来了,为什么是ASML?为什么是光刻机?为什么没有实现国产?究竟卡在哪里?今天我们一一解答。
1、为什么是光刻机?
芯片有多重要?高新技术、航空航天、工业工控、日常生活都离不开芯片,拉动经济、推动就业,甚至改变经济模式。
将一个劳动密集型经济体转变为科技创新型经济体,进而实现伟大的中国梦。
芯片按照产业链分为:设计、制造、封测、EDA、IP、半导体材料、半导体设备7大环节。
芯片设计领域,我们拥有华为海思、紫光展锐、阿里平头哥等,其中华为海思在芯片设计方面独树一帜,杀入了世界前五,能够设计出世界领先的手机SoC、AI芯片、5G基带。
芯片制造领域,我们拥有中芯国际、已经实现了14nm、12nm、N+1以及7nm的量产,前提是使用进口设备。
封测领域,内地的长电科技,已经实现了3nm的封装技术,处于世界前三的水平。
IP方面,华为海思、龙芯都在打造真自主芯片架构和指令集,泰山、马良、LoongArh已经成熟,未来自主性方面不会有什么问题。
EDA方面,国产华大九天、概伦电子、华为等纷纷开始发力,有了华为的参与,相信突破会很快。
半导体材料,种类很多,壁垒最高的就是光刻胶,它的质量直接影响芯片制造成本、良品率及性能,目前EUV光刻胶被日本垄断。
国产EUV光刻胶之所以没有突破,一方面是因为市场规模太小,不足10亿,没人愿意去做,另一方面,是绕不过EUV光刻机,因为产品的配套测试需要光刻机。
而光刻机就是半导体制造的最为核心的设备,最先进的EUV光刻机售价1.5亿美元,超过了歼-20战斗机的价格。
最关键的是,我们造不出来,并且业内人士普遍认为“没有任何国家可以独立造出EUV光刻机”,所以直到现在,我国仍然没有EUV光刻机。
更尴尬的是,现在连中高端的浸润式DUV光刻机也开始受限了,原因也很简单,我们造不出来。
说白了就是,我们哪个环节最落后,美国就限制哪个环节。
2、为什么是ASML
ASML是全球光刻机龙头,把控着全球82%的光刻机市场,其中EUV光刻机份额达到了100%、浸润式DUV光刻机份额达到了95%。
简单来说,控制了ASML就等于控制了全球的光刻机,控制了全球的高端芯片。
ASML是荷兰的企业,它是如何被美国一步一步控制的呢?
ASML成立于1984年,当时光刻机市场的龙头是日本尼康,ASML寂寂无闻,也没有什么业绩。
90年代,日本尼康的光刻机在进军157nm时,遇到了困难,投入了大量的人力、财力始终无法解决。
这时候,台积电的工程师林本坚,提出了在透镜和硅片之间注入一层水,利用折射原理,实现157nm光源,但是被尼康、佳能拒绝了。
因为他们在干式光刻机领域投入了大量资金,不愿意去冒险去尝试新的方案。夹缝中生存的ASML决定放手一搏。
2004年,ASML和台积电研发出全球首台193nm的浸润式光刻机,在光刻精度上超越了尼康,摩尔定律也因此得以延续。
为了确保自己的领先地位,ASML采用了和台积电一样的财务捆绑方式,引入台积电、英特尔、三星作为股东,并郑重承诺优先供应产品。
随着ASML的发展,三家公司逐渐减持了股份,而美国国际集团、贝莱德开始大幅购入ASML的股票,成为了公司的大股东。
同时,美国还在技术和零部件上深度介入ASML。
1999年,ASML开始与美国的EUV联盟联手研发EUV光刻技术,效果非常明显,不仅实现了EUV光刻机的量产,还让ASML成为了全球光刻机的垄断企业。
但是,它付出了极大的代价,在美国建立工厂和研发中心,满足美国企业的供货需求,55%的零部件从美国供应商处采购,并接受定期审查。
在这种情况下,ASML已经没有了独立人格,它的一半是欧洲的,一半是美国的。
3、为什么没有实现国产?
其实,我们也有自己的光刻机,只是分辨率太低,无法制造出14nm及以下工艺制程的芯片。
而我们日常使用的手机芯片、电脑CPU、AI芯片都是14nm及以下的,都是采用ASML的光刻机。
所以,导致很多人误以为没有国产光刻机。
国产光刻机的代表企业是上海微电子,公司成立于2005年,总部位于上海浦东,主要从事半导体装备、及高端智能装备的设计、制造和销售。
公司的SSA600系列光刻机,分辨率达到了90nm,可以满足90nm及以上芯片的制造,多重曝光可以实现55nm工艺。
90nm是2004年的工艺,55nm是2007年的工艺,也就是17年—20年前的工艺,差距非常明显。
差距在哪呢?就是第四个问题。
4、究竟卡在哪里?
光刻机的核心技术主要包括:光源、光学镜头、双工作台、浸润系统等。
光源方面,极紫外光源难度极大,需要功率20KW、频率为10万次/秒的大功率激光设备,这只是第一步。
还需要制造出锡滴设备,将锡加热至熔融状态,然后以80米/秒的速度向下滴落,同时要求锡滴直径为2微米左右,锡滴间隔为30微米。
第一束高频激光击中锡滴,打成规则形状,第二束激光再次击中锡滴,产生极紫外光。
这个过程难度在稳定的大功率激光器,这是我们的薄弱环节。
光学镜头,ASML的光刻机光学镜头采用了德国蔡司的产品,因为其他厂商无法满足要求。
蔡司制造的光学镜头平整度是普通浴室镜的100倍,你肉眼看浴室镜非常平整,几乎没有凹凸,但是你把它放大到德国领土大小时,就会出现2米高的凸起。
而EUV镜片,放大到同样规模后,表面凸起只有2厘米,这种工艺不得不佩服。
这种无与伦比的精度,恰好是国产厂商缺少的。
目前,长春光机所能够做到32nmEUV镜头,奥普光学、国望光学做到了90nm ArF光刻镜头。
双工作台已经实现了国产化,双工作台由清华大学和科益虹源打造,精确度达到了10nm,距离ASML的2nm还有些差距。
浸润式系统由国内企业启尔机电负责,已经取得了重大突破。
可以看出,光源系统、光学镜头是卡住国产光刻机的关键零部件,而短期内很难做到ASML和蔡司的工艺水平。
市场上一直在传2023年底,公布国产28nm光刻机,但是2024年元旦过了,依然没有消息,让人很是担忧。
与此同时,ASML的2050及2100型光刻机豁免到期,许可证撤销,不再向中国企业出售。
资料显示,ASML在售的四款浸润式光刻机(ArFi光刻机),分别是1980Di、2000i、2050i、2100i,数字型号越大机器越先进。
这四款设备,都可以制造7nm芯片,早期台积电就使用1980Di为华为代工了麒麟990芯片,使用效果也不错。但是,成本更高、良品率更低。
虽然,现在看起来,我们的7nm芯片没有被堵死,还留着一个小窗户,但是你有没有考虑到以后,我们现在购买的光刻机一旦出现故障,如何维修、如何保养。
如果,美国限制ASML维护保养的话,我们花了几百亿购买的设备变成了一堆破铜烂铁。
要想造芯片就继续出高价购买ASML的中端产品,ASML赚得盆满钵满,然后继续研发更先进的光刻机,形成良性循环。
我们呢?用来之不易的财富,换取二等产品,长此以往,差距会越来越大。它所带来的影响是全方位的,没有先进的技术、没有强大的经济基础,我们的军队、工业、民生都会受到影响。
所以,我们必须要研发自己的光刻机,而且技术上不能落后太远。
我们要与时间赛跑,对手休息时,我们要搞研发,对手吃饭时,我们也要搞研发,即便是上厕所,脑子里还要想技术方案,这是时代赋予我们的责任。
吃饱了、穿暖了、冬有暖气、夏有空调、过节还有美酒佳肴,如果把时间用来享受,虚度光阴,那么我们真的会成为历史的罪人。
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