在光刻机的制造过程中,对我们来说最困难的一步就是西方国家对我们的技术封锁,正是因为这些技术封锁,我们国家目前还不足以造出光刻机。
1、 光刻机制造难度。
ASML目前是荷兰光刻技术的领导者,占据了80%的全球市场份额。只有ASML能生产出最先进的EUV光刻技术。光刻机的技术门槛很高,这是人类智慧的产物。ASML光刻机90%的零件来自外部采购,包括德国的光学设备、美国的计量设备和光源设备。ASM还有一个规定,就是只有投资ASML,才能获得第一供应权,也就是说,我们想买光刻机,就必须先去投资,ASML在这种合作模式得到了大量的资助。英特尔、三星、台积电在ASML都持有的有相当数量的股份。
2、 我国的光刻机发展。
中国的光刻机制造商是上海微电子,主要专注于低端市场,生产90nm及以下工艺,与7Nm ASML工艺相比还有很大差距。虽然上海微电子并不具备在高水平光刻市场取得突破性进展的能力,但在低成本光刻市场上却从无到有地占据了垄断地位,目前上海微电子正在向高端光刻机发展。据说它突破了24nm工艺的关键技术,在不久的将来我们就能看到它了。
3、 未来中国能制造光刻机吗?
未来我们国家一定会有光刻机,就像当时的原子弹和氢弹一样,其他国家对我们技术封锁,我们用算盘来计算数字,最终是成功造出来了氢弹和原子弹,现在我们国家的技术要比以前好太多了,在这种情况下,我们肯定能造出来光刻机,打破西方国家的技术封锁。
总结:
我们国家的光刻机正在路上,如果速度够快,2025年之前我们就能把光刻机给造出来。
我国造不出光刻机,有以下三个原因:
1.因为我们的技术有限。为了阻止我们的技术发展,西方国家阻碍了一些技术进入中国。因此,这一限制将影响中国在光刻机的发展。
2.事实上,我们的许多组件的使用取决于国际市场,在这种情况下,我们很难获得国际市场的支持。
3.ASML的成功是因为其技术的局限性,更重要的是,它把一些企业当成了自己的股东,比如三星、台积电,英特尔等等。
所以在这种情况下,会发现光刻机在中国的发展并不是特别突出。正是因为光刻机的限制,中国在芯片领域的代工确实受到了很大的影响,华为不得不受到限制。因此,只有不断自主研究和开发属于我国的光刻机,才能打破这种束缚。
1、首先,光刻机的透镜,光源技术难度大,研发要求历史和时间比较长。其实光刻机的发展历史非常悠久,从90年代开始,发达国家就已经开始研究光刻机的相关技术。其中美国著名厂商asml负责研发,在硬件方面他们采用德国蔡司的透镜。并且其他的相关硬件都来自于其他高科技国家。所以说光刻机技术不仅仅是一个国家就能够研发出来的,它还需要全球不同的国家为其提供生产力和科技的支持。举一个简单的例子说明,美国生产的7纳米芯片,是利用光刻技术将数据集成到芯片上。并且在制作过程当中要非常严格地掌控光的大小。这远比制作一个普通的相机要难,因为相机只需要控制光圈,而光刻机不仅仅是要控制光的大小,还要能够利用光。
2、其次,光刻机的研发需要大量的资金支持,很多企业难以承担高昂的研发费用。美国等发达国家研究光刻机,几乎每年都有超过90个亿的资金作为研发费用。到目前为止这些掌握光刻机技术的国家大约都花费了约4000亿元。并且目前光刻机市场的老大asml几乎可以说是整个光刻机技术的垄断者。他们每年投入的研发费用,几乎是某些世界500强企业的三个季度的收入。
3、最后,我国的光刻机技术刚起步,仍然面临着许多难题需要攻克。从目前我国在相关行业发展历史分析,只有上海微电子装备和合肥芯硕半导体有限公司在研究光刻机方面取得了一定的进步。
总结下来,主要有以下几点:
1、技术上壁垒高。
ASML总裁Peter Wennink也在媒体上方言:高端的EUV光刻机永远不可能(被中国)模仿。
“因为我们是系统集成商,我们将数百家公司的技术整合在一起,为客户服务。这种机器有80000个零件,其中许多零件非常复杂。以蔡司公司为例,为我们生产镜头,各种反光镜和其他光学部件,世界上没有一家公司能模仿他们。此外,我们的机器完全装有传感器,一旦检测到有异常情况发生,Veldhoven总部就会响起警报。”
2、长周期投入。
光刻机是典型到极致的高风险、高投入的赛道,前期的投入很高收益很慢,有时候身体要贴钱投入。从ASML的研发投入基本达到15%以上,有时候全年负增长也是常态。
据一位在ASML工作的知乎作者@俗不可耐透露:“ASML的EUV光刻机才真正开始盈利”,而ASML在这项技术上投入的时间是27年。试问有多少企业可以做到。
3、更换供应商成本太高。
买到一台机器和用好机器是两码事。ASML极紫外(EUV)光刻机每台售价达到1.2亿美元,重达180吨,零件超过10万个,运输时能装满40个集装箱,安装调试时间超过一年。除此之外,磨合与提高良率都需要时间堆砌,只要没有大的技术变革,厂商们不可能轻易放弃ASML当其他厂商的小白鼠的。
台积电(占据全球晶圆代工的大半壁江山)、三星、英特尔、格罗方德包括国内的中芯国际都是ASML的客户,其中三星、英特尔、格罗方德还是ASML的股东,三大巨头转投其他家的可能不大。
光刻机之所以重要,在于它是实现摩尔定律的基础:
摩尔定律指出集成电路上能被集成的晶体管数目,将会以每18个月翻一番的速度稳定增长。可以把晶圆的整体构造想象成在微观世界构建大楼,如果想让整个建筑有更多的小房间可以容下晶体管,这就要求房屋的整体框架要精细再精细。反映到光刻机上就意味着它投射到晶圆上的尺寸越小。
EUV光刻机代表了大厂在先进制程方面的领先性,目前只有荷兰ASML一家能够提供可供量产用的EUV光刻机。各大Foundry厂和IDM厂在7nm以下的最高端工艺上都会采用EUV光刻机,客户以英特尔、台积电、三星、SK海力士为主。
ASML在2019年出售了26台极紫外线(EUV)光刻设备,大概一半供给了台积电。
造光刻机难的原因有:
1、西方国家的技术封锁:
在光刻机领域,荷兰是最有发言权的,我国很早以前就跟他们取得联系,并且希望进行相关合作,若是双方进行合作的话,很容易就能解决技术问题,可是美国却总是从中作梗,要求荷兰方面封锁相关信息,不愿意让这个技术流到中国这里。
2、没有参照物:
这么多年以来,中国之所以能够发展得这么迅猛,一方面是因为拥有相对技术的经验,另一方面就是因为,可以买到具有参考意义的物品,进行模拟式的研究,而高端光刻机的参照物,我们始终都没有获得,简直就是一张白纸,相关工作很难展开。
3、光刻机技术:
光刻机技术并不仅仅是单纯的一项技术,而是一个集合性质的技术群体,在一个光刻机里面,至少有8万多个电子元件,光刻机凝聚了人类最高智慧。
在众多技术难关中有很多关卡,即便是解决了其中一部分,也没有办法将所有的东西拆解开来,与其自己研究,还不如通过商业合作的方式,使用其中某项功能,因此中国的光刻机研究,迟迟没有真正的实现技术突破。
世界的光刻机水平:
实际上中国能制造光刻机,只是不能制造先进光刻机。在2021年的时候,中国就有企业宣布制造出了能生产24nm芯片的光刻机。这个水平放到国际上大概是2013年到2015年的水平,而在2021年时国际领先水平是5nm芯片。
单论先进光刻机方面,在目前的市场上是一超多强。荷兰的asml是世界上最大、最先进的光刻机制造商,占据了全球光刻机市场80%的份额,在行业中基本做到了垄断。
整个世界有4大光刻机生产商,除了荷兰的asml,日本的佳能和尼康也在市场中占据一定份额,而中国也在里面有一个名额,那就是上海微电子。
上海微电子是全球主要的低端光刻机生产商,占据了全球低端光刻机40%的份额。所以就光刻机本身来说,光刻机并不难造,至少对于中国来说光刻机不难造,难造的是最顶尖的光刻机。
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