中国有没有必要举全国之力,去造一台光刻机?近年来,我国虽然在科技研发上取得了多项重大进步,但在芯片研发和制造领域却亟待突破。特别是在新冠疫情之后,全球新一轮的“芯片荒”来袭造成了产业链对于芯片供不应求的问题,我国想要推进独立自主的芯片研发,光刻机的生产制造就显得尤为重要。
芯片虽小,制造难度却很大,而这一过程中一个关键的工艺机器——光刻机的制造成为了一大难题。芯片之于光刻机,就如同人和大脑的关系,但纵览几十年中国乃至全球球光刻机产业的发展却表现的差强人意,呈现出了唯有荷兰ASML“一家独大”的局面。
我们不禁也对此有很多疑问:为何中国乃至全球对于制造光刻机的难度如此之大?ASML公司是如何做到光刻机产业中“全球霸主”的地位?为何该公司一台光刻机的售价达到了数亿美元?继3月初的《芯片终极十问》之后,该文章作者再次围绕光刻机的十个重要问题为您解读。
光刻机是做什么的?是在造芯的哪个过程发挥作用?光刻机(英文“Mask Aligner”) ,又名掩模对准曝光机,是芯片制造流程中光刻工艺的核心设备。芯片的制造流程极其复杂,我们可以概括为几大步骤:硅片的制备-->外延工艺-->热氧化-->扩散掺杂-->离子注入-->薄膜制备-->光刻-->刻蚀-->工艺集成等。
光刻机是对哪类芯片有影响?如果完全没有光刻机,芯片是否还能正常生产?是否有光刻的替代品?目前,无论是汽车芯片,手机芯片还是其他领域,包括军用,航空航天等应用的芯片都离不开光刻机。而光刻机本身按照应用可以分为几类,用于芯片前道制造的光刻机,用于后道芯片封装的光刻机和应用于LED制造领域的投影光刻机。
为什么光刻机的造价如此之高?究竟是哪部分成本较高?一台高端光刻机的造价需要上亿美元,甚至比一台波音的客机还要贵。光刻机如此之昂贵的原因是因为其涉及系统集成、精密光学、精密运动、精密物料传输、高精度微环境控制等多项先进技术,是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备。
中国明明知道本国的芯片科技较为落后,几十年前为什么不发展芯片和光刻机?我国不是不重视,也不是不发展,而是在当时的国内以及国际大环境下,芯片的问题相对显得“渺小”了。
当前最知名的光刻机厂商是荷兰的ASML,为什么芯片强国美国、日韩没有一家光刻机大厂?在一个盛产风车和郁金香的国家,早期只有三十几个人的ASML是怎么崛起的?要想知道为什么最好的光刻机来自荷兰,而不是美国,得从半导体发展的三个历史阶段说起。
是否可以说全球的芯片产业被ASML扼制住了咽喉?有没有能对ASML产生威胁的厂商?他们的技术水平如何?与其说全球的芯片产业被ASML遏制住了咽喉,不如说是被ASML及其背后的利益共同体扼制住了咽喉。除了ASML,目前世界上其他比较先进的光刻机厂商分别是日本的尼康和佳能。
当前中国光刻机研发实力如何?是否具备独立制造光刻机的实力?相比ASML的崛起,中国有强大的基础,为什么现在造出一台光刻机这么难?目前最好的国产光刻机是什么实力水平?相当于国际上什么样级别的产品?目前中国具备独立制造光刻机的实力,光刻机企业包括上海微电子装备(SMEE)合肥鑫硕半导体,无锡迎翔半导体等。
ASML的光刻机制造,几乎也是靠全球化产业链完成的,按照当前的国际形势,中国制造一台光刻机的难度是不是比以往更大了?高端光刻机的制造困难在其中的众多核心部件都是极其精密的,光刻机不是一个国家的技术,而是用整个西方最先进的工业体系在支撑。
中国芯片厂商很多时候是买二手的光刻机,二手产品对芯片会有哪些影响?为何不买最新的?造成中国厂商购买二手光刻机的主要原因还是由国内半导体产业链供需失衡导致的。为了缓解产能不足的情况,导致日本大量的二手设备流入中国,甚至现在连二手设备都已经大幅涨价。
ASML光刻机曾一度被禁止运送至中国,这是否也加大了中国的芯片荒程度?是否有比较好的解决方案?如果没有好的解决方案,中国芯片产业将面临怎样的困境?这的确在一定程度上加大了国内芯片荒的程度。但是ASML的光刻机并未完全禁止出口给中国,3月3日中芯国际与ASML签订了12亿美元的协议购买光刻机,预计会包含NXT 1980Di,NXT2050i等DUV光刻机,可以用于制造14nm或者制程更先进的芯片。