3月9日,光刻機巨頭ASML發布聲明:浸潤式DUV光刻機必須經過申請方可出口,同時表示該限制只涉及「最先進」的浸潤式光刻系統。
簡單來說,就是ASML想賣給我們光刻機,必須經過美國同意,當然那些「老古董」除外。
這項限制將於今年夏天開始實施,這幾個月,荷蘭會緊鑼密布的制定相關限制清單,確定哪種設備、哪些零部件不適合出口。
實際上,清單中必然有ASML,具體設備必然包括我們無法製造的先進光刻機,而部件也必然是我們無法生產的。
可以想像,今年國產晶片的日子又不好過了,而晶片又涉及AI、大數據、雲計算、智慧型手機、電動汽車等多個行業,影響範圍十分龐大。
那麼問題來了,為什麼ASML一定要聽美國的?國產光刻機如何才能突破封鎖?
ASML是最大的光刻機組裝廠
提起光刻機大家最先想到的就是荷蘭ASML,它是全球最大的光刻機製造商,也是EUV光刻機的唯一製造商。
ASML在光刻機領域有多強呢?從相關數據可以看出:
1、2021年,全球光刻機市場份額為1076億,ASML一家就達到了854億,占比79%;
2、中端市場(DUV光刻機)出貨103台,占據93.6%的市場份額;
3、高端的EUV光刻機出貨量44台,達到了100%,絕對壟斷;
4、2022年ASML營收1562億人民幣,為我國光刻機企業上海微電子營收(34—36億)的50倍。
得益於ASML優秀的設備,摩爾定律得以延續,我們也使用上了7nm、5nm、4nm手機晶片,我們的智慧型手機性能得到了大幅提升,能耗也大幅下降。
但你以為新進的光刻機都是ASML的功勞,那就大錯特錯了。我們以EUV光刻機為例,ASML也只掌握了其中10%的技術。
EUV光刻機由10萬個零部件、4000多個軸承、3000多條線纜、2公里管道組成,單台設備重達180多噸,售價達到了1.2億美元。
其涉及系統集成、精密儀器、精密光學、精密運動、精密物料傳輸、極淨環境控制等多項先進技術,而EUV光刻機的供應商也達到了2000多家。
EUV光刻機最核心的技術主要包括:極紫外光源、光學透鏡、雙工作檯。
極紫外光源由德國通快和美國Cymer(2012年被ASML收購)提供
極紫外(EUV)光源是波長為13.5nm的極紫外光,自然界中沒有這種光源,必須使用特殊設備製造。
德國通快和Cymer公司耗盡大量心血打造了獨一無二的CO2雷射放大器,由高功率種子模塊、高功率放大鏈路、光束傳輸系統、光學平台FFA共同組成。
這款設備將雷射放大5次,最終發射出了3萬瓦的脈衝雷射,擊中直徑2微米的錫滴,從而發出13.5nm的極紫外光。隨後被收集器收集,通過透鏡折射到晶圓上。
光學透鏡由德國蔡司獨家供應
EUV光刻機上的光學透鏡,絕對是世界上最平整的鏡子。
它的平整度有多高呢?這麼和你說吧!浴室內的鏡子看起來很平整,但是把它放大到德國領土大小時,它的凸起會達到2米,而蔡司製造的光學透鏡只有2厘米。
這還不夠,因為極紫外光極易被吸收,需要在鏡面塗上特殊的鎳鉻塗層,塗層的厚度僅有2微米,而且需要均勻的塗覆多層。
這樣的製造工藝目前僅有德國蔡司能夠擔任,而其他光學透鏡公司不要說製造工藝,就連製造設備都達不到標準。
雙工作檯由ASML提供
工作檯是光刻機的核心系統之一,它承載著晶圓製造時所需要完成的高速精密運動,包括上下片、對準、晶圓面型測量和曝光等。
單工作檯中,晶圓的上下片、測量、對準、曝光都是順序進行的,如此工藝上雖然相對簡單,但是效率太低。
雙工件台中,大部分測量、校正工作可以在另一個工件台上並行,同時不影響產能,但是對工藝和精度要求更高。
目前,國產光刻機仍無法掌握雙工作檯技術,導致工藝和產能嚴重落後。
可即便是ASML掌握了10%的技術,仍然敢嘲笑的說:即便把圖紙公布出來,中國也製造不出高端光刻機。
實際上,我國的確沒有製造出先進的光刻機,但值得驕傲的是我國是第一個獨立製造光刻機的國家。
國產光刻機性能如何?
我國光刻機製造企業代表為上海微電子,能夠製造90nm精度的光刻機,這套光刻系統能夠製造出65nm晶片,但是良品率會大幅下降至個位數。
除了精度、良品率外,國產光刻機在系統穩定、生態系統方面也存在欠缺,與刻蝕機、PVD、PCD等設備配合不緊密,無形中增大了工作量。
這些原因共同導致,中芯國際、長虹微電子紛紛選擇進口光刻機,不願意使用國產設備。
這是不是意味著國產光刻機真的一無是處呢?當然不是!
上海微電子90nm光刻機可以用來製造軍工晶片、WiFi晶片、LCD驅動晶片、電源管理晶片、射頻晶片、各種數模混合電路等等。
如果真的有一天我們無法使用進口光刻機,那麼上海微電子至少可以保證軍隊、工廠正常運轉,這比俄羅斯強多了。
如果沒有《瓦森納協定》、美國「晶片禁令」的約束,上海微電子同樣能夠獲得美國光柵、德國鏡頭、瑞典軸承、法國閥件等零部件,攻克7nm技術也未可知。
但哪裡有那麼多如果呢?缺少零部件導致上海微電子發展舉步維艱,28nm光刻機遲遲無法攻破,國產晶片產業鏈被光刻機「卡脖子」了。
即便我們擁有自主架構,設計出3nm晶片、封裝達到4nm水平,也無法擺脫對歐美技術的依賴。
這就是國產光刻機的現狀,有但不強,想升級卻沒材料,只能自主研發。
和平是打出來的
「我認為,和平是打出來的。我們要用艱苦奮鬥,英勇犧牲,打出一個未來30年的和平環境,讓任何人都不敢再欺負我們。我們在為自己,也在為國家。」——任正非
這是2021年10月,華為創始人任正非在公司軍團組建大會上的一番講話,在任正非看來,要想不被欺負、受人尊重,那就要「打」出一個和平。
當然這裡的「打」並不是直接進行軍事對抗,而是科技競爭。
我們都知道華為是一家極具實力的科技公司,是全球領先的ICT設備提供商,主要業務包括5G、智慧型手機、軟體系統等。
在5G領域,華為擁有最多的專利,技術上與高通平分秋色,標準方面僅次於高通。可以說,全球沒有任何一家企業可以繞過華為單獨搞5G研發。
智慧型手機領域,華為憑藉自研的麒麟晶片,一度超越了蘋果,與三星僅一步之遙,這樣的成績連蘋果也感到了害怕。
軟體系統方面華為自研的鴻蒙作業系統,依靠強大的分布式成為全球第一款真正意義的物聯網作業系統,也是全球用戶增長最快的作業系統。
華為的這些成就,最終引起了美國政府的注意,就連五角大樓都說「5G可以改變作戰環境,華為的5G技術已經產生威脅」。
2019年5月16日,華為被列入美國商務部「實體清單」,在關鍵技術、零部件上受到了極大的限制,2020年9月,華為失去了台積電晶片代工資格。
此後4年多的時間中,華為因為晶片問題,導致5G、智慧型手機、PC業務受到嚴重影響,營收、利潤雙雙下滑。
這還沒完!今年1月31日,多家媒體報導,美國計劃徹底切斷華為與美國供應商之間的關係,目的就是要禁止華為獲取5G、4G、Wifi、AI及雲計算相關技術與產品。
儘管華為步入寒冬,但是華為依然選擇了「打出一個和平」。相關資料顯示:即便是在打壓限制下,華為每年在研發投入上依然高達上千億,2021年、2022年研發投入均超過了1400億。
2023年元旦,華為輪值董事長徐直軍發布新年致辭:奮勇前進,衝破險阻,有質量地活下來。
華為要在制裁常態化的情況下正常運營,這不僅需要巨大的勇氣和智慧,更需要打不垮、戰不餒的大無畏精神。
當孟晚舟說:我絕不會讓華為和祖國蒙羞。當任正非說:我已經做好見不到女兒的準備了。我們就知道華為永遠不會被打垮!
這樣的精神值得我們各個企業來學習,忍讓只會讓敵人更加囂張,更加肆無忌憚,因為「和平是打出來的」。
在光刻機領域,別人打過來,我們就要還回去,今天你不賣給我設備,那我就努力自主研發,永遠不購買你的設備。
EUV光刻機再難,它也是人造的,大家都是一個腦袋兩條腿,歐美人能造出來,我們中國人也一樣能夠造出來。
寫到最後
ASML遵守美國晶片禁令,計劃拒絕向我國出口浸潤式DUV光刻機,短期看來會對我國晶片製造領域造成很大影響,但長期來看未必是壞事。
此舉讓我們徹底放棄了對國外設備、技術的幻想,加大了自主研發的決心,未來將形成獨特的國產晶片產業鏈,徹底擺脫「卡脖子」。
在唐、宋、元、明時期,我國都曾依靠自己的發展,屹立於世界之巔,如果我們能夠打造自己的科技產業鏈,未來再度屹立於世界之巔也未嘗不可。
我是科技銘程,歡迎共同討論!