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高端光刻机到底有多难,为何中国造不出?美国工程师:一个零件打磨10年

最近几天有关美国进一步制裁华为的消息闹得沸沸扬扬,大家都为华为未来的发展担忧。

按照美国商务部的要求,凡是使用美国设备、技术、软件的企业都不能给华为提供芯片或者代工华为的芯片,美国这一招是相当狠的,相当于从整个产业对华为芯片进行了全面封锁。

在美国推出这个制裁之后,关于我国芯片制造再一次成为了大家关注的焦点。

目前我国作为全球芯片消费量最大的国家之一,每年光是进口的芯片就接近2万亿人民币,虽然目前我国也具备芯片制造能力,但大多都是一些中低端芯片,14nm米以上的芯片严重依赖进口,对于7nm以上的芯片,则完全不能自主生产。

也正因为我国在高端芯片制造上不能实现独立自主,所以经常被西方一些国家夹住脖子,比如本次受到美国的制裁,华为的芯片供应就会受到很大的影响,未来华为5纳米芯片的旗舰机将不能按时推出。

看到美国这种制裁,很多中国网友都咬牙切齿,认为美国这种欺人太甚,与此同时很多人都在疑惑,我国芯片消费量这么大,那为何我们没法生产出7纳米以上的芯片呢?

实际上目前我国是具备7亿纳米甚至5纳米芯片的设计能力的,比如华为海思就具备这种实力,但是把芯片设计出来之后,你还得把它生产出来,而在芯片生产过程当中,有一个核心的部位一直是制约我国芯片发展的重要因素,那就是光刻机。

光刻机是在整个芯片产业链当中最核心的一个设备,也是技术最复杂最尖端的一个设备,因为光刻机技术非常复杂,所以目前我国并不具备制造高端光刻机的能力。

虽然目前我国有不少光刻机制造企业,但这些企业所能制造出的光刻机工艺制程都相对比较低,其中能够生产出最高制程的上海微电子,其生产并能量产的光刻机也只不过是90纳米,另外的45纳米还处于试验阶段。

而目前全球最强的光刻机生产企业ASML已经量产7nm光刻机,并垄断7nm纳米以上光刻机100%的市场。

按理来说,我国不具备生产7nm米以上的光刻机,但是我们可以通过进ASML设备来提高我国芯片的制造能力,但遗憾的是目前很多西方国家都对我国芯片进行技术封锁,他们不仅严禁向我国出口一些高端芯片,同时也禁止荷兰ASML向我国出口高端光刻机。

比如2018年中芯国际曾花1.2亿美元(这个价格相当于2018年中芯国际一年的利润)从荷兰ASML订购了一台EUV光客机,按照合同ASML应该在2019年底向中芯国际交货的,但是因为受到一些西方国家的阻挠,直到现在为止,ASML仍然没有完成交货。

由此可见,没有掌握光刻机核心技术对于我国来说是多么的被动,在高端芯片制造领域上,我国完全是被西方国家压制着,在很多领域我们都没有话语权。

而我国光刻机技术之所以没有取得突破,原因就是因为光刻机的技术太复杂,这里面涉及很多技术领域都属于行业内最顶尖的,而在很多零部件领域,我国技术跟西方一些国家的差距仍然非常大的。

目前一台高端的光刻机有上万个零部件构成(整机光刻机包含曝光系统(照明系统和投影物镜)、工件台掩模台系统、自动对准系统、调焦调平测量系统、掩模传输系统、硅片传输系统、环境控制系统、整机框架及减振系统、整机控制系统、整机软件系统等)

这些零部件有很多都是定制的,甚至有一些零部件都需要工程师经过机械慢慢打磨出来。

在这些零部件当中技术难度最大的就是光源、镜头、掩模板、能量控制器以及控制台。

比如比如镜头必须要求纯度非常高,它是利用透镜的光学原理,将掩膜版上的电路图按比例缩小,再用光源映射的硅片上,光在多次投射中会产生光学误差,在这个过程中要控制这个误差,所以精度要求非常高。

再比如光源,光刻机需要体积小、功率高、稳定性强的光源,为了提供这样的光源,就必须质量很好的能量控制器,电源要稳定、功率要足够大,否则光源发生器没办法稳定工作。

正因为技术非常高,所以目前连ASML本身有很多零部件他们自己也无法生产,很多高端零部件都是从美国、德国、日本等国家进口的,比如目前ASML的镜头是由德国的蔡司提供,电源是由美国的一家公司提供。

当然,光刻机技术到底有多难,单纯从这些描述可能大家没法理解,我们可以借用美国一个工程师曾经说过的一句话来形容,

曾经有一位美国工程师是这样评价光刻机的,他说:“光刻机的一个小零件,工程师就需要调整高达十年之久,就连尺寸的调整就要高达百万次以上。

由此可见,作为目前地球上最顶尖的设备之一,光刻机技术不是一时半载就能够制造出来的,它的制造需要有长时间的技术积累和沉淀,同时需要有多个国家和企业的共同合作才有可能完整。

而目前西方一些国家不仅在光刻机整机上对我进行技术封锁,甚至连跟光刻机有关的一些零部件也对我国进行技术封锁,也正因为如此,光刻机很多核心零部件我们都必须自己去研究,这些核心零部件的研究有可能需要反反复复的实验,本可能需要几万次几十万次,甚至上百万字的打磨才有可能验证成功。

也正因为如此,所以我国光刻机的研发进度相对来说是比较慢的,这也导致我国目前光刻机跟荷兰的ASML有很大的差距。

虽然最近几年我国也加大对光刻机的研发力度,而且也取得了一些喜人的成果,目前包括清华大学、武汉光电研究所等一些研究团队都取得了一些喜人的研究成果,但是光刻机是一个复杂的工程,短期之内不是靠一两个研究的够就能够研究出高端光刻机的。

所以我国高端光刻机还有很长的路要走,想要缩小跟荷兰ASML的差距,不仅需要我国各大研究机构投入更大的精力,同时也需要我国在产业扶持上,进一步加大对光刻机以及新相关产业链的的扶持,只有大家通力合作才有可能尽早研究出我国拥有独立自主产权的高端光刻机,从而摆脱西方技术封锁。

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20200518A0D0QP00?refer=cp_1026
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