中国的光刻机之所以会走向落后,是因为经济发展因素、海外企业竞争力过强以及欧美国家对中国进行了技术封锁。
由于华为遭美国封杀之后,华为的芯片供应也出现了很多的问题,由于芯片的制造离不开光刻机,所以光刻机就成为了网友非常关注的东西,只不过令大家没有想到的是,中国曾在光刻机领域达到过世界先进水平。
一、经济发展的原因,导致中国在光刻机领域处于落后地位。
虽然中国当时在光刻机领域拥有着不错的技术水平,但是大部分企业在光刻机领域都无法赚得收入和利润,这导致很多企业逐渐放弃了光刻机的生产和研发,正是由于很多企业不看好光刻机的生产,所以才导致中国在光刻机领域出现了大幅度落后的情况。
二、国外企业的技术优势,使得中国的光刻机处于落后位置。
由于国外企业在光刻机领域,储备了大量的技术专利,这使得国外企业在进行光刻机生产研发时,总能够最大程度降低成本,由于国外生产的光刻机在价格上,远低于中国的国产光刻机,这使得很多芯片生产商都开始选择国外的光刻机,正是由于国外的光刻机生产企业展现出了极强的竞争力,这导致中国的光刻机领域受到了极大的冲击。
三、欧美国家对于中国的技术封锁,使得中国无法提升光刻机的技术。
虽然中国曾在光刻机领域取得了不小的优势,但是如果一直无法和国际接轨的话,那么中国在光刻机领域,也不可能取得太大的进步,再加上欧美国家对中国在光刻机领域进行了强力的技术封锁,这导致中国无法在光刻机领域吸收国外的经验和技术,由于缺少国外技术的帮助,中国在光刻机领域逐渐走向了落后。
中国光刻机历程
1964年中国科学院研制出65型接触式光刻机;1970年代,中国科学院开始研制计算机辅助光刻掩膜工艺;清华大学研制第四代分部式投影光刻机,并在1980年获得成功,光刻精度达到3微米,接近国际主流水平。而那时,光刻机巨头ASML还没诞生。
然而,中国在1980年代放弃电子工业,导致20年技术积累全部付诸东流。1994年武汉无线电元件三厂破产改制,卖副食品去了。
1965年中国科学院研制出65型接触式光刻机。
1970年代,中国科学院开始研制计算机辅助光刻掩模工艺。
1972年,武汉无线电元件三厂编写《光刻掩模版的制造》。
1977年,我国最早的光刻机GK-3型半自动光刻机诞生,这是一台接触式光刻机。
1978年,1445所在GK-3的基础上开发了GK-4,但还是没有摆脱接触式光刻机。
1980年,清华大学研制第四代分步式投影光刻机获得成功,光刻精度达到3微米,接近国际主流水平。
1981年,中国科学院半导体所研制成功JK-1型半自动接近式光刻机。
1982年,科学院109厂的KHA-75-1光刻机,这些光刻机在当时的水平均不低,最保守估计跟当时最先进的canon相比最多也就不到4年。
1985年,机电部45所研制出了分步光刻机样机,通过电子部技术鉴定,认为达到美国4800DSW的水平。这应当是中国第一台分步投影式光刻机,中国在分步光刻机上与国外的差距不超过7年。
但是很可惜,光刻机研发至此为止,中国开始大规模引进外资,有了"造不如买”科技无国界的思想。光刻技术和产业化,停滞不前。放弃电子工业的自主攻关,诸如光刻机等科技计划被迫取消。
九十年代以来,光刻光源已被卡在193纳米无法进步长达20年,这个技术非常关键,这直接导致ASML如此强势的关键。直到二十一世纪,中国才刚刚开始启动193纳米ArF光刻机项目,足足落后ASML20多年。
我国从1965年起就已经有了光刻机,但之所以现在大幅度落后,可能是由于以下几个原因造成的:
在有了光刻机之后遭遇了国际间的冲突,导致我国的观客机发展受到阻碍。1965年,我国的第1台光刻机是从外国进口的,直到现在为止全国只有两个国家拥有光刻机的高科技手段。特别是荷兰的光刻机技术在全球是遥遥领先的,但由于荷兰受到美国的影响,并不愿意把光刻机的相关技术和设备出口给中国,导致中国的光刻机的技术研发和发展,大幅落后,经过了几十年的不断演变,也就造成了我国现在的光刻机的技术仍然没有达到成熟阶段。
很多光刻机的零件部位需要出口,本地没有生产。光刻机所要求的科技含量非常高,特别是一些零件部位需要完全依赖外国的出口,因为这些零件需要有专业的设计师和科技人员进行长时间的打磨和研发之后,才达到了光刻机零件的标准。从中国目前已有的相关技术来看,想要达到此项科技仍然需要一定的时间,因此从这一角度而言,也会出现大幅度的落后。
光刻机的印制必须清晰和准确,这一点我国的技术尚未达到。光刻机对镜头技术的要求很高,基本上达到了普通镜头的千万分之一,这就意味着芯片上的所有电路图除了依靠高科技手段之外,还需要有独特的光刻机研发技术,才可以使得芯片上的印制图案清晰准确。虽然我国也有部分的光刻机,但精确度没有外国出口的光刻机清晰度和准确度高,导致我国在后续的芯片研发和光刻机的发展中受到了很大的阻碍,在使用的过程中并没有体现出良好的性价比,种种因素就造成了我国的光刻机在全球都已经大幅的落后。
如果中国举全国力量研发芯片和研制光刻机,也需要10-20年左右。
在中国芯片制造被漂亮国“卡脖子”的时候,ASML总裁Peter Wennink曾经在一次科技会议上明确表示,“高端的EUV光刻机永远不可能(被中国)模仿。”虽然说,皮特老板的话听起来不太顺耳,甚至有些打击我们的积极性和自信心,但是不得不说,人家能说出这一番话来,肯定是有人家的底气的。
ASML的皮特老板还说:“因为我们是系统集成商,我们将数百家公司的技术整合在一起,为客户服务。这种机器有80000个零件,其中许多零件非常复杂。”据他介绍,许多企业专门为光刻机生产诸如镜头、反光镜和其他光学部件,目前为止,世界上的任何公司都不可能轻易地模仿制造。
实际上,许多网友对此言论是有些不屑一顾的,他们似乎觉得生产光刻机其实并不难,只要中国拿出当年自力更生地研发制造“两弹一星”的精神和意志来,那么,哪怕四处碰壁、困难重重,也一定能得偿所愿地制造出中国自主知识产权的光刻机来。
但是这样的说法,显然太过主观臆断。
无论如何,想要造出高精度、高可靠和高品质的光刻机,都不是一件容易的事。
就拿ASML公司来说,虽然是荷兰公司,但是背后却是美国资本的掌控。在全部数万个零部件中,有许多关键部件,都是来自美国和日本的高科技公司。而美国科技的领先,一方面是在大量资本投入下设计研发的先进,另一方面更是世界各国科技人才的趋之若鹜。
有财富、有资本,又有人才,点满了“科技树”的美国科技,自然在光刻机和芯片领域一往无前。
纵观短短几十年的芯片技术发展史,荷兰的ASML公司坚持技术整合,迎合客户需求,抓住了电脑、手机和数码产品水涨船高、突飞猛进的历史机遇,堪称是美日两国在半导体科技领域相互竞争的“幸运儿”。
就咱们国内的半导体行业来说,上海微电子的光刻机在2019年以前保持在90纳米左右,已经是国产光刻机的最高水平,但是在“卡脖子”事件之后,国产芯片制造产业显然得到了迅猛发展。据悉,上海微电子在两年内已经率先研发出28nm光刻机的先进技术,并有望尽快向企业交付。而中科院光电所已经研发出光刻分辨率达22nm的技术,但是研究归研究,想要量产出来,成千上万零部件的设计研发、制造整合,都会是层出不穷的大问题。
不管怎么说,上海微电子和中科院光电所能够研发出成熟可行的光刻机技术,值得我们每一个中国人庆贺,但是我们也要看到,国内光刻机和荷兰ASML光刻机,仍然有设计研发、零部件整合与制造工艺方面的巨大差距,而西方国家深耕细作几十年的技术壁垒和鸿沟,我们想要在两三年内寻求突破,无疑是比较困难的。
虽然说,研发国产芯片和研制国产光刻机是摆在华为“打工人”和我们每个中国人面前的“当务之急”,但是正所谓“欲速则不达”,在当前的形势下,我们既需要快马加鞭地加速追赶速度,也需要统筹兼顾国内半导体行业的发展现状。
或许等到某一天,咱们中国人就是“专治各种不服”,成功地凭借着顽强不屈的精气神和举国之力的众志成城,研发出了高精度光刻机,到那时候我们也必须牢记:再先进的光刻机,也是用来脚踏实地生产芯片,完善和改进我国的半导体产业链的,而不是摆出来“论功行赏”,给脸上“贴金”的。
因此,正常来说,就算是中国举全国力量研发芯片和研制光刻机,也需要10-20年左右。
如果心急火燎,抡圆了胳膊,一窝蜂地“大干快上”,很容易忽略科技发展的正常规律,反而会造成各种意想不到的问题。
但是就我个人来说,我当然希望光刻机的研发制造越快越好!
光刻机(Mask Aligner)是采用类似照片冲印的技术,把掩膜板上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上的设备,是制造芯片的核心装备,也是目前顶尖 科技 的代表。中美 科技 竞争下,因光刻机使用部分美国技术,华为自研的高端芯片供应链被掐断,中芯国际也无法采购最先进的EUV。高端光刻机已成为当前中国半导体的软肋。
高精度光刻机的制造工艺极其复杂,核心零件便有8万个左右,共需要超10万个零部件,因此,光刻机也有了“现代光学工业之花”的称号。如此高的制造门槛,也就导致了光刻机制造领域的玩家也寥寥无几。“头部玩家”基本被荷兰阿斯麦(ASML),日本的尼康和佳能垄断:
佳能光刻机
佳能光刻机的 历史 始于对相机镜头技术的高度应用。佳能灵活运用20世纪60年代中期在相机镜头开发中积累的技术,研发出了用于光掩膜制造的高分辨率镜头。此后,为了进一步扩大业务范围,佳能开始了半导体光刻机的研发,并于1970年成功发售日本首台半导体光刻机PPC-1,正式进入半导体光刻机领域。目前,佳能的光刻机阵容,包括i线光刻机和KrF光刻机产品线。佳能已累计出货5600余台光刻设备,覆盖众多领域,尤其是在步进光刻机细分市场,佳能有超过80%的市场份额,受到了中国客户的喜爱。
尼康光刻机
尼康则是凭借相机时代的积累,在日本半导体产业全面崛起的初期,一度成长为全球光刻机巨头,独占行业50%以上的份额。手里的大客户英特尔,IBM,AMD,德州仪器等几乎每天堵在尼康门口等待最新的产品下线,一时风光无两。然而,在美国政府将EUV技术视为推动本国半导体产业发展的核心技术后,美国便将自己一手支持的当 时尚 属小角色的阿斯麦推上前台,并在半导体干湿刻法的技术之争中胜出,尼康也由此开始衰落。其昔日的客户和盟友纷纷背叛,晶圆代工厂基本都将尼康的光刻机排除在大门之外。尼康目前出货的光刻机基本只能卖给三星,LG,京东方等用来生产面板。受各业务下滑影响,尼康不得不进行了多次的大规模裁员。
ASML光刻机
ASML现在则是光刻机制造领域无可争议的霸主。它为半导体生产商提供光刻机及相关服务,其TWINSCAN系列是世界上精度最高,生产效率最高,应用最为广泛的高端光刻机型。全球绝大多数半导体生产厂商,都向ASML采购TWINSCAN机型,比如英特尔(Intel)、三星(Samsung)、海力士(Hynix)、台积电(TSMC)、中芯国际(SMIC)等。
市场上的主力机种是XT系列以及NXT系列,为ArF和KrF激光光源,XT系列是成熟的机型,分为干式和沉浸式两种,而NXT系列则是主推的高端机型,全部为沉浸式。
ASML基于极紫外(EUV)光源的新型光刻机,型号定为NXE系列,是一个划时代的产品,关键尺寸在10nm以下的芯片晶圆,只能用EUV光刻机生产,ASML实现了该领域的***垄断。
在国产光刻机制造企业当中,上海微电子相对比较出色。
目前,上海微电子能量产的光刻机是在90nm,其主要在低端光刻机领域发力,在低端领域拿下全球40%的市场份额。而中国有80%的低端光刻机都来自于上海微电子。今年,上海微电子将交付中国首台28nm immersion式光刻机,制程技术进步不小。
以上对比可以看出,中国和日本在光刻机领域已存在不小的差距,而在与全球顶尖供应链厂商ASML相比时,更是难以企及。难怪ASML公司总裁放言,就算把图纸给我们的公司,也永远仿造不出顶级光刻机!这话虽然听着让人非常不爽,但是不得不承认这就是现阶段的现实问题!
如今,在美国霸权限制横行之下,中国已深深明白了光刻机的极端重要性。每个中国人也都心知肚明,只有我们自己真正拥有,才能无所畏惧。在芯片问题亟待解决的今天,加上国家的大力引导,中国人自己的高端光刻机必将更早成为现实。
第一,目前全球最先进的光刻机,已经实现5nm的目标。这是荷兰ASML实现的。
而ASML也不是自己一家就能够完成,而是国际合作才能实现的。其中,制造光源的设备来自美国公司;镜片,则是来源于德国的蔡司公司等。这也是全球技术的综合作用。
第二,中国进口最先进的光刻机,是7nm。
2018年,中芯国际向荷兰ASML公司定制了一台7nm工艺的EUV光刻机,当时预交了1.2亿美元的定金。请注意,当时这台机器还没有交付,而是下订单。
但国内市场上,其实已经有7nm光刻机。在2018年12月,SK海力士无锡工厂进口了中国首台7nm光刻机。海力士也是ASML的股东之一。
第三,目前国产最先进的光刻机,应该是22nm。
根据媒体报道,在2018年11月29日,国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收。该光刻机由中国科学院光电技术研究所研制,光刻分辨力达到22纳米。
请注意该报道的标题:“重大突破,国产22纳米光刻机通过验收。”
也就是22nm的光刻机,已经是重大突破。
22nm的光刻机,关键部件已经基本上实现了国产化。“中科院光电所此次通过验收的表面等离子体超分辨光刻装备,打破了传统路线格局,形成一条全新的纳米光学光刻技术路线,具有完全自主知识产权。”
有关报道中的“全新的技术”,也就是中国科研工作者在关键部件完全国产化情况下,实现的这一次技术突破
中国和世界顶尖光刻机制造还有很大差距。
华为麒麟受制于人,中芯国际不堪大用,澎湃芯片久不见进展,虎愤芯片勉强能用。
实用更是有很远的路要走。
大家放平心态。