在人类迈入高 科技 时代之后,芯片这个小小的元件地位水涨船高,小到一部手机,大到一个机器人,都需要芯片的支持才能正常工作,芯片水平的强弱直接影响着 科技 产业的兴衰。
这种元件虽然体积小,但内部结构复杂多变,其制作工艺、芯片设计都蕴含着极高的 科技 水准,没有系统的学习过这一领域的专业知识,想要涉足几乎不可能。除此之外想要制造出芯片,还有一个绕不过的难题,那就是光刻机。新来的朋友们记得点个关注,方便浏览往期视频和文章,又可接收最新消息。
一、拜登限制荷兰向中国出口光刻机
光刻机是制造芯片的核心装备,它采用的技术类似于照片冲印,能够把模板上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。虽然看起来光刻机的技术并不复杂,但因为性质特殊,对精度要求极高,其中所蕴含的 科技 水平之高,在世界范围内也仅有数家公司能够制造。
光刻机分为两种,分别是DUV光刻机和EUV光刻机。其中DUV代表着深紫外线,而EUV代表着极深紫外线,虽然仅有一字之差,但EUV光刻机在精度方面几乎碾压DUV光刻机.而光刻机精度越高,能够生产出的芯片纳米尺寸也就更小,功能也就更加强大。目前来说,世界上小于5纳米的芯片晶圆,只能通过EUV光刻机生产。
一台EUV光刻机,单单是组成零件便达到10万多颗,其中极紫外线光源生产自美国,机械部分来源于工作一丝不苟的德国,核心轴承产自瑞典,所用到的光学设备主要由日本提供,生产所用的阀门来自法国,而核心技术则掌握在荷兰的阿麦斯公司手中。
从中不难看出一台光刻机,集结了众多国家的最顶尖 科技 .而它在价格方面也十分昂贵,通常在3,000万美元至5亿美元不等。并且,目前来说,世界上只有荷兰的阿麦斯公司可以制造EUV光刻机。
不过虽然光刻机具有极高的技术含量,但其本质也仅仅是一件商品,并不能同时拥有价值与使用价值,作为商品,被用来交易便是他的宿命。早在2018年4月,我国的中芯国际便向该公司下单了一台EUV光刻机,这台光刻机最终的成交价格已经达到1.2亿美元。但巧合的是,就在阿麦斯公司已经将这台光刻机组装完毕,马上就可以交货的关键时期,工厂内却突发火灾,至今原因不明。
不过在2021年7月18日,美国总统拜登对外宣称出于美国的国家安全考虑,要求荷兰限制向中国出售光刻机。抛开其他方面不谈,单单限制商品的流通这一点,便不符合人类 社会 发展的规律,属于倒行逆施的行为。但是,在美国下达禁令之后,荷兰迫于国际压力,不得已之下,扣留了对中国的出口许可。
这样的举动,无疑会让中国与荷兰的外交关系陷入较为紧张的局面,但是,透过现象看本质,此件事情主要还是因为这段时间中国在多领域,尤其是武器领域发展迅速,使得美国拥有了危机感,不得已之下,他们只能通过极端手段遏制打压中国 科技 产业,而荷兰只是受了胁迫而已,这件事情不会对中国与荷兰的关系产生较大影响。
早在特朗普当政时期,为了阻碍中国在高 科技 领域的进一步发展,便开始限制对中国的技术出口,我们所熟知的华为公司正是遇到了核心技术卡脖子的问题,才导致如今陷入无芯可用的尴尬局面。实际上以华为内部的研发团队,完全能够满足芯片的设计要求,但是设计出芯片之后,华为公司却没有与之相匹配的能力将其制造出来,这一问题归根结底,还是光刻机闹得。
二、好消息频出,国产光刻机核心问题有望解决
在拜登政府上台之后,一改特朗普执政时期的作风,在伊核问题、退群问题上,都和特朗普的执政方针完全不同,但令人没有想到的是,对于中国 科技 方面,拜登却选择了支持特朗普的政策,持续对我国相关企业进行打压。
在拜登入主白宫还不到一个月的时候,他便派出了国家安全顾问杰克沙利文前往荷兰进行交涉,其目的就是为了限制阿麦斯和中国的合作。除了正常的外交谈判之外,美国方面甚至对荷兰进行威胁,声称如果美国不给阿迈斯提供制造光刻机的零件,整个阿麦斯公司的设备就无法运转。除此之外,拜登甚至还想要控制比利时微电子研究中心,以此来阻止中国的发展,好在他的目的没有达成,不然实在的局面必定会更加紧张。
但是对于美国的所作所为,阿麦斯的首席执行官温宁克却做出预言,他表示出口管制固然在短期内会限制中国的发展,但从长远角度出发必定会起到反作用。
自强不息,一直是中华民族最宝贵的特质之一。在建国初期,我们一穷二白,面对西方的技术封锁,中华民族在 探索 之中砥砺前行,在原子弹、核潜艇、卫星等方面,中国比西方世界慢了不知道多少年,但我们却用自己的努力与汗水将这个是差距一点一点的缩短,甚至完成反超,这种力量与信念足以令世界人民震惊!如今我国在光刻机领域遭受的困境与当年如出一辙,先辈们能做到的事,今天的中国人同样能够做到。
从经济学角度出发,市场决定生产,中国拥有14亿人口,毫无疑问中国是全球最大的芯片应用市场,中国每年进口芯片的花费高达数千亿元,芯片行业的蓬勃发展,也代表着中国的光刻机市场,同样拥有广大的前景。虽说阿斯麦在光刻机领域的地位堪比垄断,失去了中国市场对阿麦斯来说也是一个巨大的打击。
并且严格意义上来说,中国早就已经突破了光刻机技术,只是现阶段我国研制的光刻机技术仅仅只达到了中高端水平,面对DUV及以下级别的光刻机我国具有一定的生产能力,但是在高精度光刻机领域,我国依旧是一片空白。不过,如今我国的最高学府,清华大学正在深入研究EUV光源问题,研究出的SSMB光源的潜在应用之一,便是作为为EUV光刻机的光源,一旦这一展望能够实现,便意味着我国有望解决自主研发光刻机之中最核心的光源问题。
除了在核心问题上取得突破外,这段时间国产光刻机制造领域更是好消息频出。前段时间上海微电子装备有限公司对外宣称,预计在2021年底或2022年初实现28纳米精度的光刻机的量产。在国际方面,中国也着眼于国际光刻机制造领域,在力争跟紧国际研究的同时,研究面向后摩尔时代的集成电路的颠覆性技术,简单的来说就是在现有技术的基础上着眼于未来,走出一条属于中国人自己的道路,力争弯道超车。
三、五年内国产光刻机产业有望发展成型
早在美国对中国实行技术封锁之时,便有专家进行预测,中国在5年内便能实现光刻机核心技术国产化,这预测如今看来,虽然有些难度,但也并非完全不可能实现。总的来看中国拥有全球最大的市场,在核心技术方面也不断取得突破,在5年内实现最顶端的光刻机技术完全国产化可能并不现实,但如果只是中高端机型实现大规模量产,这一点并不难做到。
我国在《中国制造2025》中明确要求,在2025年之前,我国必须完成20~14纳米工艺设备国产化率达到30%的目标,并实现沉浸式光刻机国产化。从这份计划中不难看出,中国已经加大了在光刻机领域的研发。而中国人一向言出必行,只要下达计划,完成只是时间问题。
目前来说,在工业领域用处最大的光刻机主要体现在10~50纳米,其中40~50纳米级别的芯片,在市场中占据的份额更是十分惊人,虽然在精密元件之中,需要用到10纳米以下精度的光刻机,但毕竟是少数。以目前的需求来看,我国在5年内满足国产光刻机的大部分需求并不成问题。
但只有彻底攻克核心技术,才能实现我国在手机芯片等领域不在受制于人的局面,这一局面一旦形成便代表着我国彻底打破了用芯难的魔咒,届时中国的核心 科技 产业必将能够更上一层楼。
中国光刻机现在达到了22纳米。在上海微电子技术取得突破之前,我国国产的光刻机一直停留在只能制造90nm制程的芯片。
这次我国直接从90nm突破到了22nm也就意味着我国在光刻机制造的一些关键核心领域上已经实现了国产化。而自己掌握核心技术有多重要自然不言而喻,在突破关键领域以后,更高阶的光刻机的研发速度只会越来越快。国产光刻机突破封锁,成功研制22nm光刻机,中国芯正在逐渐崛起。
高端的投影式光刻机可分为步进投影和扫描投影光刻机两种,分辨率通常七纳米至几微米之间,高端光刻机号称世界上最精密的仪器,世界上已有1.2亿美金一台的光刻机。高端光刻机堪称现代光学工业之花,其制造难度之大,全世界只有少数几家公司能够制造。
近日,有传言称,全国产28纳米产线已经量产,为华为代工的芯片也已经流片成功, 这可能吗?
中芯国际有28纳米生产线,都基本都是美国或者其它国家的半导体生产设备,这肯定受制于人,所以,纯国产的28纳米生产线当然好,其中最重要的是光刻机。
按照上述传言的说法,那就是中国研发成功了28纳米光刻机。实际当然不是如此。中国光刻机技术最强的上海微电子,目前只研发出90纳米的光刻机,一直想研发制造28纳米芯片的光刻机,预计2021年会交货,但最起码2022年才能在芯片厂达成量产。即便如此,上海微电子的这个光刻机技术也不能完全“去美”化。
但为何会有中国研发成功28纳米光刻机的传言呢?是因为最近有另外一个传言,即中国最大电子企业集团公司之一、中国电科推出了28纳米离子注入机,名称像是针对28纳米生产的,但离子注入机和光刻机还不是一回事。
决定芯片良品率高低的因素有很多,最重要的光刻机,而光刻机的一个环节又是离子注入环节。而在离子注入环节中担任“总指挥”的是离子注入机。
离子注入机在芯片制造过程中主要负责对芯片进行电离子改造,按照预定方式改变材料的电性能。在光刻机对芯片进行曝光生产前,离子注入机对硅片进行不同元素掺杂,能够提高芯片的集成度、良品率和寿命。简单来说,离子注入机在芯片制程中起到了优化硅片、提高芯片性能的作用。
我国以前在离子注入机技术方面也很差,这就对光刻机的研发有很大制约,所以,搞定了28纳米离子注入机技术,对研发28纳米光刻机有利,但不能等同于光刻机。
一个光刻机最起码几万个零部件,据悉,离子注入机技术只占光刻机技术的3%左右。
荷兰的ASML是目前全球最顶尖的光刻机提供商,尤其是在高端光刻机领域,几乎占据了全球100%份额。
一、 最近几年,ASML销售业绩增速非常快。
因为在高端光刻机拥有绝对的优势,所以asml的光刻机一直供不应求,最近2年时间虽然受到疫情的影响,但因为全球芯片普遍供不应求,所以ASML的光刻机也供不应求,因此asml的业绩也有了快速的增长。2021财年,ASML营业收入为186.11亿欧元,同比上涨33.14%;归属于母公司普通股股东净利润为58.83亿欧元,同比增长更是高达65.55%;不过进入2022年之后,asml业绩貌似有所下降,从第一季度的财报来看,其营收只有39.6亿美元,同比下降24.57%,利润更是只有7.8亿美元,同比下降51.36%。
但是第1季度的财报并不能反映asml真实的销售情况,原因是当前各大厂家对光刻机的需求非常迫切,所以有部分光刻机订单尚未获得工厂准入测试就向客户出货,这些订单收入需要在未来多个季度中才能得以确认。从实际情况来看,目前asml的订单已经排到2024年,所以可以预计未来几年时间asml的光刻机仍然会保持快速的增长。
二、 ASML有多少光刻机卖往中国?
2022年第1季度,asml总共卖出了62台光刻机,包括59部新系统和3部二手系统。至于在这62台光刻机当中有多少卖到中国,asml并没有给出准确的数据。但是我们可以从asml销售业绩的构成当中大概推断一下。根据asml2022年第一季度的财报数据显示,其收入构成当中有,34%来源于中国大陆,这个比重相对于2021年第4季度的22%,有了大幅度的提升。另外中国台湾贡献了其中22%的收入。相当于整个中国给asml贡献了56%的收入。
据此推算,中国2022年第1季度从asml购买的光刻机金额大约是22.2亿美元,其中大陆购买的金额大约是13.5亿美元,台湾购买的金额大约是8.7亿美元。只不过大陆所购买的光刻机基本上都是一些中低端光刻机,不可能是EUV光刻机,因为目前欧美并不允许asml向中国出口EUV光刻机,比如前几年中芯国际向ASML定购的一台EUV光刻机至今仍然没有交货。至于asml普通光刻机售价是多少,我们没有掌握具体的数据,但是根据2021年asml的财报数据来看,他们全年共出货286台光刻机,总营收186亿欧元。
其中EUV光刻机出货是42台,贡献的营收是63亿欧元左右,相当于每台EUV光刻机售价高达1.5亿欧元左右。这意味着剩余的244台光刻机累计销售额大约是123亿欧元左右,平均下来每台光刻机的售价大约是5,000万欧元左右。按照这个价格来计算,2022年第一季度中国大陆购买的金额大约是13.5亿欧元,对应的数量大约是27台左右。
当然,这些光刻机当中有很多可能是比较低端的光刻机,那么13.5亿欧元对应的数量有可能更多,所以中国大陆第一季度购买的ASML光刻机就可能达到27台到35台之间。另外第一季度台湾总共进口了8.7亿欧元左右的光刻机,这里面有一部分很有可能是EUV光刻机,剩余的可能是其他普通的光刻机,对应的光刻机数量应该是在11台到17台之间。所以综合算下来,2022年第一季度中国总共购买的ASML光刻机有可能是36台到42台之间。
三、解决高端光刻机的问题还得靠自己。
从asml业绩的来源可以明显地看出,中国市场对asml来说是多么的重要,其有超过一半的营收来源于中国市场,怪不得前段时间asml一众高管纷纷表示非常重视中国市场的发展。但不管asml有多重视中国的市场,在欧美众多国家的压力之下,他们始终不会向中国出口最顶尖的EUV光刻机,中国只能购买一些中低端光刻机。
没有EUV光刻机做后盾,想要生产7纳米以上的芯片基本上不可能,目前一些中低端光刻机最多只能用于生产14纳米的芯片,就算通过多重曝光之后,最多也只能生产10纳米左右的光刻机。虽然中芯国际通过技术工艺上的改进,实现了N+1、N+2工艺,生产出来的芯跟7纳米比较接近,但跟目前世界上最顶尖的5纳米,甚至3纳米芯片相比,仍然有很大的差距。所以想要解决我国芯片问题,光靠进口光刻机是行不通的,西方国家永远不可能把最先进的设备卖给我们,想要缩小我国芯片制造实力跟世界顶尖水平的差距,还得靠自力更生,打铁还需自身硬。
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