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中国为何没造高端光刻机?一台包含10多万零部件,供应商遍布全球

根据此前美国彭博社的专题报道来看,美国呼吁荷兰的光刻机生产公司阿斯麦,限制对中国出口光刻机这类芯片设备,而荷兰外贸和发展合作大臣却给出了反对的法案,表示他们将会以“捍卫本国经济利益”为主。

美国彭博社的专题报道,关于限制荷兰向中国出口光刻机

不难看出,美国似乎一心想从“光刻机”方面限制中国发展。

那么,到底什么是光刻机呢?为什么有人说中国想自己造高端光刻机不现实呢?

光刻机到底是什么?

在“江湖”上,总有光刻机的传说,比如说假如你发明出了光刻机,将会受到怎样优待的“臆想”。可是大家光顾着将这种《开局造出光刻机》的臆想当爽文来看,却不知道光刻机到底是什么东西。

光刻机到底是什么呢?

光刻机其实是集成电路制造中的一个核心设备,它涉及的高科技领域很多,比如系统集成、精密光学、精密运动、高精度微环境控制等都与其有关,技术含量非比寻常。

或许也正是因为这样,光刻机一度被誉为是人类20世纪的发明奇迹之一,属于集成电路产业皇冠上的“宝贵明珠”。

在需要多重高科技技术支撑的情况下,光刻机本身的造价也十分高昂,比如ASML公司的极紫外光光刻机,单价就将近2亿欧元,若是以此前欧元和人民币的汇率来算,就相当于价值14.9亿人民币,一台机器卖出这种高价无疑是相当惊人的。

ASML公司的极紫外光光刻机价值2亿欧元

光刻技术起源于印刷技术中的照相制版术,所以光刻机就像是一个性能夸张的单反相机,将层次光掩膜版上的图形进行缩小,缩小的比例高达百万倍,然后再将其进行制造。

它能够将光掩版上设计好的集成电路图形,通过光线的曝光印到光感材料上。

光刻机的工作原理

说到这儿,大家可能已经茅塞顿开,合着这玩意儿就起着“转移图形”的作用。这样的话,似乎也没什么了不起。从理论上来说,转移图形并不难,难的是芯片变得越来越小,其中容纳的晶体管数量越来越多。

这就意味着,光刻机必须要将复杂的集成电路图形,精确地转移到小N倍的芯片上,一旦出现什么意外,芯片就报废了。并且,随着大家对芯片大小和性能要求的不断提高,“光刻机”就显得更加重要了。

随着芯片大小的改变,光刻机的作用愈加明显

就这样,光刻机的线宽在不断优化升级,它的飞速发展创造了诸多的契机,让IC制造技术的极限不断被打破,摩尔定律也得到了不断的延伸。

中国科学院微电子研究所的陈宝钦在文章《光刻技术六十年》中表示,“从1968年半导体IC 由实验室走向工业大生产算起到现在,集成度提高了约百亿倍,最小特征尺寸图形的加工线条宽度缩小到原来的约 1/10000。”

特邀文章《光刻技术六十年》

不过,随着世界局势的变化,中国和美国的贸易摩擦升级。在这种情况下,我国在传感器、芯片、高端设备方面受到了一定的限制。比如咱们在上文中提到的,美国呼吁荷兰不要向我们出口高端光刻机。

对此不少人应该都会说,别人有都不如自己有,所以我们还是得自己造高端光刻机,这样就不用担心被人“卡脖子”了。这个想法确实很不错,而且国家的智囊团应该早都这么想过了,那么,为什么“高端国产光刻机”却迟迟没有动静呢?

中国何时才能造出高端国产光刻机,避免芯片制造陷入困境?

我国造光刻机的困境何在?

世界的光刻机市场上有多个国家同台竞技,主要的品牌有ASML、Nikon、Canon、ultratech等等,但是要论高端光刻机,就只剩下ASML一家独大了。它本身脱胎于飞利浦光刻设备研发小组,早期发展很艰难,但后期却异军突起,杀出重围。

ASML早期发展艰难,后期异军突起

目前,ASML垄断了高端深紫外光刻机市场,是光刻机领域的龙头企业。因此,想限制高端光刻机很容易,只要对ASML下手就可以了。

而我们的高端国产光刻机之所以迟迟没有出现,主要是因为光刻机的制造没有大家想象中的这么简单。虽然高新的技术可以通过不断地钻研学会,但是一台完整光刻机却包含10万多个零部件,并且这些零部件的5000家供应商遍布全球。

光刻机不仅零件诸多,供应商还遍布全球

这就意味着,现在想制造出“完全国产”的并不现实,就连著名的ASML公司其实都是承担了核心零件的生产,以及整体的装机工作而已。

根据资料来看,光刻机当中的10万多个零件,需要按照功能和既定步骤组成若干组件,这些组件包括工作台、封闭框架、曝光组件等等。然后又要按照光刻机的不同系统进行分类组装,比如光学系统、测量系统、传输系统之类的。

除了以上两个关键之处,还有配套设施和后市场之类的,它们的存在让光刻机产业链非常的复杂,从而也使人们难以做到,制造出一个所有零件都自己生产的光刻机。

光刻机的产业链非常复杂

更不用说,中国的光刻机产业本来就处在起步“奋起直追”的阶段,想自己独揽所有零件的制作,无疑是痴人说梦的,并且想“偷学”些技术也很难,因为别人也很警觉。

就算是ASML出售给中国的光刻机,仍然存在保留条款,比如说禁止给中国自主CPU代工,科研和国防领域的芯片只提供小批量生产。

综上所述,我国目前的国产光刻机整机交付的制造精度只有90纳米,对比高端光刻机还差得很远。不过,这已经达到了常用的光刻水平,对于一些低端芯片的生产已经够用了。

中国能够整机交付的90纳米光刻机

当然,困难只是一时的,我们会不断地努力下去,试图早早解决光刻机零部件难以自己生产的问题。那么,想尽早创造出更高端的光刻机,承包更多的高端零部件生产,中国应该怎么做呢?

中国应该怎么做?

首先就是加大科研力度,在一定基础上建立起联合攻关机制。

所谓的联合攻关,就是将高端科研机构和知名高校、相关企业等联结在一起,让他们之间进行友好的交流与合作。毕竟人多力量大,如果可以集思广益的话,相关难题解决起来要容易一些。

建立联合攻关机制,集思广益解决难题

其次就是坚持自主研发。虽然光刻机的零件实在是太多了,但是为了创造出真正的高端国产光刻机,我们还是要从零部件入手,慢慢钻研,掌握核心的科技。在摸索出一条道路之后,还要特别注意在生产方面需要保持严谨。

最后一点就是更深地融入全球产业生态当中,让中国也成为高端光刻机产业链中上游当中,一个不可或缺的存在,加强与其他企业之间的合作。只有这样,我们才能不断地进步。

让中国光刻机零部件制造融入全球产业生态中

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20221201A01XYM00?refer=cp_1026
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