光刻机制造瓶颈在哪里?

半导体芯片制造是一个巨大的产业链,而光刻机是其中的一环,也是技术难度极高的一环,世界上只有荷兰的ASML公司掌握这最先进的光刻机 。
对于芯片,中国现在已经有很多公司有能力设计芯片,最新的龙芯3A也达到了一个不错的性能,已经使用到了很多领域,但是在关键的大芯片制造上,中国仍然很薄弱,中芯国际等芯片制造厂工艺还很落后,其中非常关键的一点就是没有优秀的国产光刻机 。
光刻机制造瓶颈在哪里?
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如今荷兰ASML公司掌握着最先进的10nm甚至更好的光刻机,其最先进的EUV光刻机能卖到一亿美元以上,但是国内的光刻机技术水平仍然还在90nm上,差距巨大 。
这条追赶的道路非常漫长,大体谈一下中国自己的先进光刻机面临哪些困难:
1、先进光刻机的技术封锁 。由于《瓦森纳协定》受到美国的控制,中国不在其中,荷兰的先进光刻机就无法对中国进行出口,中国有钱也买不来,即使买来也是很多年前淘汰的老旧设备,这样国内就无法从源头上掌握到最先进的光刻技术 。
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2、高端人才的稀缺 。光刻领域本来就属于极其小众的高端技术领域,因为长期缺乏光刻设备,这样的人才和专业也就更加稀缺,即使有朝一日买来了先进的光刻机,有多少人能熟练掌握也是一大难题 。
【光刻机制造瓶颈在哪里?】3、极紫外光刻光学技术代表了当前应用光学发展最高水平,国内这几年也在发力突破这些技术难题,打破国外的垄断,但是发展自主光刻技术技术难度大、瓶颈多,所需资金巨大,很长一段时间也将会没有任何收益,智能依靠国家支持,能否长期坚持下来是个未知数 。
4、现在的荷兰的ASML公司垄断了80%以上的光刻机市场,即使中国自主的光刻机上市,能否从ASML手中抢到一定市场份额是一个极大的压力 。
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所以如今的中国在光刻领域仍然有许多大山挡在面前,但是我们也要看到在电子科技领域,如柔性屏、如手机芯片、如内存和闪存颗粒,中国都是从无到有,一步一步走过来了,而且这些新产品未来的潜力巨大,很可能将会从三星等巨头中抢得不错的市场份额,尽管芯片制造领域我们困难重重,尽管在芯片产业链中我们不能指望所有的环节都能完全自主,但是我们也有足够信心打破垄断,有朝一日研发出具有自主知识产权的高端光刻机 。
其他网友观点巨大的资金,专业的人才,高精尖的技术,都奇缺无比,中国光刻机的水平真是连人家的尾气都吃不到 。我们从钱、人、技术三个方面都说一下 。
拿到图纸也生产不出来的技术差距一台先进的光刻机能有5万多个零件,设计生产并不容易,光刻机的原理并不难,看下图就知道了,难点是里面的每一步都要求最先进的工艺和零件 。
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光源和镜片都是很核心的东西,光源提供者Cymer是世界领先的准分子激光源提供商,现在被ASML收购了 。光源很复杂,说一下大家熟悉一些的镜片,ASML的镜片是蔡司提供的,这个反射镜要求多高呢?瑕疵大小仅能以皮米(纳米的千分之一)计 。ASML总裁暨CEO温彼得(Peter Wennink)曾经形象的表示,如果反射镜面积有整个德国大,最高的突起处不能高于一公分高 。这样的工艺,佳能和尼康都放弃了 。
有顶级的镜头和光源,没极致的机械精度,也是白搭 。光刻机里有两个同步运动的工件台,一个载底片,一个载胶片 。两者需始终同步,误差在2纳米以下 。两个工作台由静到动,加速度跟导弹发射差不多 。SMEE(中国生产光刻机的上海微电子)总经理贺荣明说:“相当于两架大飞机从起飞到降落,始终齐头并进 。一架飞机上伸出一把刀,在另一架飞机的米粒上刻字,不能刻坏了 。”
巨大的资金缺口半导体行业是资金密集型企业,产业链的各个环节都是如此 。截至2016年年底,国家集成电路产业投资基金股份有限公司"大基金"两年多来共决策投资43个项目,累计项目承诺投资额818亿元,实际出资超过560亿元 。涉及半导体的设计、制造、封装等各个环节,看着很多吧 。我们看一下生产光刻机的ASML在2017年一年的研发费用投入——12.6亿欧元,约合人民币97亿!你想追赶?800亿全投到这上面也不行,因为还有很多核心的核心零部件做不出来,比如上面说的反射镜 。佳能和尼康最后竞争失败很大程度上是因为投入资金过于巨大,而ASML在2012年为了解决资金的问题让Intel、三星、台积电入股 。
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人才的匮乏ASML的光刻机可以说是西方智慧或者说是人类这几十年来的只会的结晶,是最尖端的光学、材料学、机械等的结合体,即便ASML生产光刻机,还有超过80%的零件是向外采购的,ASML称之为『开放式创新』(open innovation) 。
美日单独搞都不行,更何况半导体技术落后的我们 。这里要说明的是,媒体反复报道的我国取得突破的是刻蚀机,技术含量比光刻机低的多 。不说ASML,先搞一个蔡司就基本没希望,即便ASML 。
总结光刻机是世界上最顶尖的光学,材料学,精密机械等多基础学科的结晶产物,想自己独立生产要在这些学科上都站在顶尖,并不仅仅是半导体 。想迎头赶上,短期内完全没有希望 。
其他网友观点光刻机毫不夸张的可以说是世界工业体系百年积累的结晶,整个机器需要三万余个零件,每一个零件都不能有丝毫偏差,一丝一毫的偏差都不能使千万的电路一丝不乱,毫无偏差的分布在指甲盖大小的芯片上面,我国在上面要走的路还很长 。
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瓶颈一 巨额的资金这是目前制约我国光刻机发展的主要原因,近两年虽然国家清楚的认识到了半导体对一个行业对一个国家的重要性,并且大力投入资金,扶持了一大批企业,这些资金也只能解一时之急,光刻机龙头企业ASML每年在光刻机上面的投入是以百亿人民币为单位,这是目前我国半导体企业达不到的 。
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瓶颈二 顶尖的零件ASML作为世界工业体系的积累结晶,每一个零件每一项技术都是最顶尖的,他的镜片来自德国蔡司,每一块都不能有丝毫偏差,这是数十年的技术积淀,其光源来自美国极紫外光龙头cymer公司(已被ASML收购),这家公司是euv领域的领头羊,在机器组装方面选择了三星和台湾代工,所有方面ASML都在选用最好的东西,这是国内无法比拟的 。
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瓶颈三 人才的匮乏仅仅是资金的投入和优秀的零件都不是最重要的,最重要的还是人才的匮乏,没有自己的技术和人才,就算把图纸摆在我们面前我们也做不出来,所有当前最重要的事情就是培养人才,进行人才的积累,这个行业要用长远的眼光看待,而不是几个月的事情 。
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有些东西是不能靠别人施舍来的,还是得靠自己,除了上面的一些瓶颈,还有一些不能说的东西,不过相信在中华民族坚持不懈自强不息的民族精神之下,这些都是时间问题,加油我的国 。

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