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    面對壟斷，自主研發(fā)光刻機實(shí)現國產(chǎn)化替代勢在必行

    [2017/8/11]

        光刻機作為芯片生產(chǎn)中最核心的設備，是大陸芯片生產(chǎn)設備制造的最大短板。不少人會(huì )將光刻機和刻蝕機搞混，其實(shí)，光刻機的工作原理是用光將電路結構臨時(shí)“復制”到硅片上，而刻蝕機是按光刻機刻出的電路結構，刻出溝槽的設備，是在芯片上做減法，與之相應的是做加法（鍍膜）。

    全球最大芯片光刻設備市場(chǎng)供貨商阿斯麥(ASML)近日公布2017第二季財報：ASML第二季營(yíng)收凈額21億歐元，毛利率為45%。在第二季新增8臺EUV系統訂單，讓EUV光刻系統的未出貨訂單累積到27臺，總值高達28億歐元。公司現在年產(chǎn)12臺，2018年將增加到24臺，2019年達到年產(chǎn)40臺的產(chǎn)能。

    但就是這樣單價(jià)超1億美元的昂貴設備，他們卻不賣(mài)給中國！

    有網(wǎng)友說(shuō)：全球就只有他家能生產(chǎn)的出來(lái)，沒(méi)有人做的出來(lái)。而且還不賣(mài)給中國。中國出多少錢(qián)都不賣(mài)。毛利1000%都可以。這個(gè)是在芯片里面畫(huà)電路的，都是幾納米，大概是頭發(fā)絲的萬(wàn)分之一大小電路，你說(shuō)牛B不。

    到底是什么光刻設備這么牛，為什么又不能賣(mài)給中國呢？

    什么是光刻機？

    對于普通人來(lái)說(shuō)，光刻機或許是一個(gè)陌生的名詞，但它卻是制造大規模集成電路的核心裝備，每顆芯片誕生之初，都要經(jīng)過(guò)光刻技術(shù)的鍛造。

    簡(jiǎn)單地說(shuō)，光刻機就是把工程師的設計‘印入’基底材料，其核心技術(shù)長(cháng)期被荷蘭、日本、德國等把持。

    光刻機是芯片制造的核心設備之一，按照用途可以分為好幾種：有用于生產(chǎn)芯片的光刻機;有用于封裝的光刻機;還有用于LED制造領(lǐng)域的投影光刻機。用于生產(chǎn)芯片的光刻機是中國在半導體設備制造上最大的短板，國內晶圓廠(chǎng)所需的高端光刻機完全依賴(lài)進(jìn)口。

    目前，光刻機領(lǐng)域的龍頭老大是荷蘭ASML，并已經(jīng)占據了高達80%的市場(chǎng)份額，壟斷了高端光刻機市場(chǎng)--最先進(jìn)的EUV光刻機售價(jià)曾高達1億美元一臺，且全球僅僅ASML能夠生產(chǎn)。Intel、臺積電、三星都是它的股東，重金供養ASML，并且有技術(shù)人員駐廠(chǎng)，Intel、三星的14nm光刻機都是買(mǎi)自ASML，格羅方德、聯(lián)電以及中芯國際等晶圓廠(chǎng)的光刻機主要也是來(lái)自ASML。

    ASML：現代芯片不可或缺的支持者

    阿斯麥公司ASML Holding NV創(chuàng )立于1984年，是從飛利浦獨立出來(lái)的一個(gè)半導體設備制造商。前稱(chēng)ASM Lithography Holding N.V，于2001年改為現用名，總部位于荷蘭費爾德霍芬，全職雇員12，168人，是一家半導體設備設計、制造及銷(xiāo)售公司。

    阿斯麥公司為半導體生產(chǎn)商提供光刻機及相關(guān)服務(wù)，TWINSCAN系列是目前世界上精度最高，生產(chǎn)效率最高，應用最為廣泛的高端光刻機型。

    目前全球絕大多數半導體生產(chǎn)廠(chǎng)商，都向ASML采購TWINSCAN機型，例如英特爾，三星，海力士，臺積電，聯(lián)電，格芯及其它半導體廠(chǎng)。隨著(zhù)摩爾定律的發(fā)展，芯片走向了7nm以下，這就需要更高級的EUV光刻系統，全球只有ASML的NXE：3400B能夠滿(mǎn)足需求。

    未來(lái)，只有他的EUV光刻機能夠幫助芯片接續微縮，因此這些設備縱使賣(mài)到上億歐元，都能被客戶(hù)所接受。

    為什么不賣(mài)給中國？

    作為集成電路制造過(guò)程中最核心的設備，光刻機至關(guān)重要，芯片廠(chǎng)商想要提升工藝制程，沒(méi)有它萬(wàn)萬(wàn)不行，中國半導體工藝為啥提升不上去，光刻機被禁售是一個(gè)主要因素。

    這么昂貴的設備，為什么不賣(mài)給中國呢？這就要提到《瓦森納協(xié)定》。

    《瓦森納協(xié)定》又稱(chēng)瓦森納安排機制，全稱(chēng)為《關(guān)于常規武器和兩用物品及技術(shù)出口控制的瓦森納安排》，目前共有包括美國、日本、英國、俄羅斯等40個(gè)成員國(注：沒(méi)有中國)。盡管“瓦森納安排”規定成員國自行決定是否發(fā)放敏感產(chǎn)品和技術(shù)的出口許可證，并在自愿基礎上向“安排”其他成員國通報有關(guān)信息。但“安排”實(shí)際上完全受美國控制。當“瓦森納安排” 某一國家擬向中國出口某項高技術(shù)時(shí)，美國甚至直接出面干涉，如捷克擬向中國出口“無(wú)源雷達設備”時(shí)，美便向捷克施加壓力，迫使捷克停止這項交易。

    不過(guò)據說(shuō)這個(gè)協(xié)定對中國也不是完全禁售，只是禁售最新的幾代設備。瓦森納協(xié)議每過(guò)幾年都會(huì )更新禁售列表，比如2010年90nm以下的設備都是不允許銷(xiāo)售的，到2015年就改成65nm以下的了。

    中外光刻機的巨大差距

    光刻機被業(yè)界譽(yù)為集成電路產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，研發(fā)的技術(shù)門(mén)檻和資金門(mén)檻非常高。也正是因此，能生產(chǎn)高端光刻機的廠(chǎng)商非常少，到最先進(jìn)的14nm光刻機就只剩下ASML，日本佳能和尼康已經(jīng)基本放棄第六代EUV光刻機的研發(fā)。

    相比之下，國內光刻機廠(chǎng)商則顯得非常寒酸，處于技術(shù)領(lǐng)先的上海微電子裝備有限公司已量產(chǎn)的光刻機中性能最好的是90nm光刻機，制程上的差距就很大……國內晶圓廠(chǎng)所需的高端光刻機完全依賴(lài)進(jìn)口。

    這不僅使國內晶圓廠(chǎng)要耗費巨資購買(mǎi)設備，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展和自主技術(shù)的成長(cháng)也帶來(lái)很大不利影響--ASML在向國內晶圓廠(chǎng)出售光刻機時(shí)有保留條款，那就是禁止用ASML出售給國內的光刻機給國內自主CPU做代工--只要中芯國際、華力微等晶圓廠(chǎng)采購的ASML光刻機，雖然不影響給ARM芯片做代工，但卻不可能給龍芯、申威等自主CPU做代工、商業(yè)化量產(chǎn)。即便是用于科研和國防領(lǐng)域的小批量生產(chǎn)，也存在一定風(fēng)險--采用陶瓷加固封裝、專(zhuān)供軍用的龍芯3A1500和在黨政軍市場(chǎng)使用的龍芯3A2000，只能是小批量生產(chǎn)，而且在宣傳上 也只能含糊其辭的說(shuō)明是境內流片……這很大程度上影響了自主技術(shù)和中國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

    中國的光刻機發(fā)展水平如何

    2016年，清華大學(xué)召開(kāi)了“光刻機雙工件臺系統樣機研發(fā)”項目驗收會(huì )，專(zhuān)家組對項目任務(wù)完成情況予以高度評價(jià)，并一致同意該項目通過(guò)驗收。

    工件臺系統是光刻機的重要子系統，工件臺系統的運行速度、加速度、系統穩定性和系統的定位建立時(shí)間對光刻機的生產(chǎn)精度和效率起著(zhù)至關(guān)重要的作用。本次“光刻機雙工件臺系統樣機研發(fā)”項目驗收，標志中國在雙工件臺系統上取得技術(shù)突破，但這僅僅是實(shí)現光刻機國產(chǎn)化萬(wàn)里長(cháng)征的一部分，距離打破ASML的技術(shù)壟斷還有很長(cháng)的路要走。

    日前，“極大規模集成電路制造裝備及成套工藝”國家科技重大專(zhuān)項實(shí)施管理辦公室組織專(zhuān)家，在中國科學(xué)院長(cháng)春光學(xué)精密機械與物理研究所召開(kāi)了“極紫外光刻關(guān)鍵技術(shù)研究”項目驗收會(huì )。評審專(zhuān)家組充分肯定了項目取得的一系列成果，一致同意項目通過(guò)驗收，認為該項目的順利實(shí)施將我國極紫外光刻技術(shù)研發(fā)向前推進(jìn)了重要一步。

    極紫外光刻光學(xué)技術(shù)代表了當前應用光學(xué)發(fā)展最高水平，作為前瞻性EUV光刻關(guān)鍵技術(shù)研究，項目指標要求高，技術(shù)難度大、瓶頸多，創(chuàng )新性高，同時(shí)國外技術(shù)封鎖嚴重。

    因此我們看到，中國也是取得了很大的進(jìn)步的。但是中國想要趕上，絕不是一朝一夕的事，需要各類(lèi)基礎領(lǐng)域扎實(shí)的人才，這也是最難的。
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