中國的光刻技術(shù)和荷蘭ASML的EUV光刻技術(shù),關(guān)鍵點的區(qū)別在于采用紫外光源的不同和光源能量控制。
一、中國光刻技術(shù)采用193nm深紫外光源,荷蘭ASML的EUV采用13.5nm極紫外光源。
光刻是制程芯片最關(guān)鍵技術(shù),制程芯片過程幾乎離不開光刻技術(shù)。但光刻技術(shù)的核心是光源,光源的波長決定了光刻技術(shù)的工藝能力。
我國光刻技術(shù)采用193nm波長的深紫外光源,即將準(zhǔn)分子深紫外光源的波長縮小到ArF的193nm。它可實現(xiàn)最高工藝節(jié)點是65nm,如采用浸入式技術(shù)可將光源縮小至134nm。為提高分辨率采取NA相移掩模技術(shù)還可推進(jìn)到28nm。
到了28nm以后、由于單次曝光的圖形間距無法進(jìn)一步提升,所以廣泛使用多次曝光和刻蝕的方法來求得更致密的電子線路圖形。
荷蘭ASML的EUV光刻技術(shù),采用是美國研發(fā)提供的13.5nm極紫外光源為工作波長的投影光刻技術(shù)。是用準(zhǔn)分子激光照射在錫等靶材上激發(fā)出13.5nm光子作為光刻技術(shù)的光源。
極紫外光源是傳統(tǒng)光刻技術(shù)向更短波長的合理延伸,被行業(yè)賦予了拯救摩爾定律的使命。
當(dāng)今的ASML的EUV光刻技術(shù),巳能用13.5nm極紫外光制程7nm甚至5nm以下芯片。而我國還是采用193nm深紫外源光刻技術(shù),如上海微電子28nm工藝即是如此。
雖然我們采用DUV光刻技術(shù)通過多重曝光和刻蝕方法提升制程工藝,但成本巨大、良率較低、難以商業(yè)化量產(chǎn)。所以光源的不同導(dǎo)致光刻技術(shù)的重大區(qū)別。
二、在光刻技術(shù)的光源能量精準(zhǔn)控制上,我國光刻技術(shù)與荷蘭的EUV也有重大區(qū)別。
光刻技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)極其復(fù)雜,要減小誤差達(dá)到高精度要求,光源的計量和控制非常重要。它可通過透鏡曝光的補償參數(shù)決定光刻的分辨率和套刻精度。
光刻技術(shù)的分辨率代表能清晰投影最小圖像的能力,和光源波長有著密切關(guān)係。在光源波長不變情況下,NA數(shù)值孔徑大小直接決定光刻技術(shù)的分辨率和工藝節(jié)點。
我國在精密加工透鏡技術(shù)上無法與ASML采用的德國蔡司鏡頭相比,所以光刻技術(shù)分辨率難以大幅提高。
套刻精度是光刻技術(shù)非常重要的技術(shù)指標(biāo),是指前后兩道工序、不同鏡頭之間彼此圖形對準(zhǔn)精度。如果對準(zhǔn)偏差、圖形就產(chǎn)生誤差,產(chǎn)品良率就小。
所以需不斷調(diào)整透鏡曝光補償參數(shù)和光源計量進(jìn)行控制,達(dá)到滿意的光刻效果。我國除缺少精密加工透鏡的技術(shù)外,在光源控制、透鏡曝光參數(shù)調(diào)整上也是缺乏相關(guān)技術(shù)的。
我國在5G時代、大數(shù)據(jù)和人工智能都要用到高端芯片,離不開頂尖的光刻技術(shù),這是必須要攀登的“高峰”。相信我國刻苦研發(fā)后能掌握先進(jìn)的光刻技術(shù)和設(shè)備,制程生產(chǎn)自己所需的各種高端芯片。
一、體現(xiàn)在表像的是精度
說起光刻機,大家喜歡和芯片制造對應(yīng)起來,比如制造7nm芯片的光刻機,制造14nm的光刻機等等。
目前中國最強的量產(chǎn)的光刻機是用于90nm的芯片的制造,而ASML量產(chǎn)的用于5nm芯片的制造的,這中間有多少差距,可能一般人還不太清楚。
用時間來說,起碼10年,如果用繼續(xù)用芯片制造的精度來看,中間有65nm,45nm,32nm,22nm,14nm,10nm,7nm,5nm。多少代,大家一年就清楚了,這可是實打?qū)嵉牟罹唷?/p>
二、實際是裝配工藝、經(jīng)驗、人才的差距
而在相差這么遠(yuǎn)的背后,究竟差的是什么?其實是裝配工藝、人才、經(jīng)驗的差距。
網(wǎng)上曾流傳一句說,ASML說就算公開圖紙,別人也造不出一樣的光刻機出來,這句話背后的底氣在哪里?
1、裝配工藝,光刻機中裝配是非常重要的,說得不好聽一點,就是組裝技術(shù),ASML的原件99%也是采購的,但只有它能夠裝配得這么好,別人都不行。
2、而裝配工藝的差距,就是人才、經(jīng)驗的差距,只有好的人才、幾十的經(jīng)驗,才能夠讓裝配工藝提高,達(dá)到真正的頂級水平。
在悟空問答上的643個問題,只寫接地氣的科技內(nèi)容,歡迎關(guān)注。
不少人在半導(dǎo)體方面有一個誤區(qū),認(rèn)為中國之所以無法在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有比較好的發(fā)展,落后于西方國家,主要原因是無法生產(chǎn)頂級的光刻機設(shè)備。而實際上,光刻機這個東西,雖然在芯片制造過程中起到了非常關(guān)鍵的作用,但是整個芯片從設(shè)計到制造再到商用,中間的鏈條上還有很多其它因素制約著我們。
原子彈與處理器
一直以來,總有一些人在問一個問題:到底是原子彈的技術(shù)含量高?還是半導(dǎo)體制造的技術(shù)含量高?為什么我國當(dāng)年在一窮二白的階段都可以制造出原子彈,但是卻沒辦法在芯片產(chǎn)業(yè)上面在世界上名列前茅?有這樣的懷疑,主要是沒有分清楚原子彈和處理器中間最大的區(qū)別,那就是使用數(shù)量的問題。原子彈這個東西,中國確實在60年代就造出來了,而且是在蘇聯(lián)人撤退,沒有外援支持的情況下研制出來的。但是研制原子彈的意義在哪里?是為了去炸美國人嗎?是為了打仗用嗎?不是,誰敢發(fā)動核戰(zhàn)爭,這不是國家的問題,而是全人類的問題。
實際上原子彈的核心意義,只是起到一個威懾的作用:你有,我沒有,我就擔(dān)心你對我使用核打擊;你有,我也有,我就不擔(dān)心你使用核打擊。因此原子彈這個東西就是所謂的“One is enough.”。不管是1萬噸還是100萬噸,我對你都具有威懾能力,再加上兩彈結(jié)合,可以實現(xiàn)精準(zhǔn)打擊,雙方就形成了一種制約。因此原子彈不用考慮是否可以賺錢,本來就是軍事用途;不用考慮研發(fā)成本,國家戰(zhàn)略能夠投入多少就投入多少;不用考慮質(zhì)量問題,造10枚只有1枚合格,跟造100枚100枚都合格,是一樣的,因為根本就用不上……實際上第一個造出原子彈的國家才是最辛苦的(美國的曼哈頓計劃),后面的國家想要仿制只會越來越簡單。芯片這個東西不一樣,芯片是商用的產(chǎn)品(拋開各國軍用的我們不說,這個層面都是關(guān)起門來各家玩各家的),不僅僅要造得出來,而且你還得確保有性能上出色,質(zhì)量上要可靠,工藝上要很先進(jìn),要確??梢源笈可a(chǎn),而且你得擁有廣闊的市場能夠吃下你的產(chǎn)能。換句話說,這個世界上,無論你是誰,主要打算做處理器這個東西,那么你唯一要考慮的東西就是:自己是不是可以造出比英特爾芯片價格更低,性能上差不多,質(zhì)量上可靠,能夠充足供貨的產(chǎn)品。如果可以,那么你就可以在市場上生存下去,比如說AMD家的處理器。如果不行,那么這個行業(yè)壓根就不會買單,因為沒有人會去購買性能落伍的產(chǎn)品。可能上面用英特爾舉例子不太準(zhǔn)確,我只是想說明:造芯片這個東西,很多國家都可以造,中國也有技術(shù)制造自己的處理器,但是造出來沒有市場。因為芯片產(chǎn)業(yè)永遠(yuǎn)沒有“差一點”的芯片,英特爾在桌面處理器領(lǐng)域之所以能夠穩(wěn)坐第一名,主要是源源不斷向市場輸送大量優(yōu)質(zhì)且便宜的處理器,市場份額足夠大,能夠充分?jǐn)偲匠杀?,現(xiàn)在一枚i5處理器,在某寶上也就一千幾百多塊錢,普通家庭完全可以負(fù)擔(dān)。
上游供應(yīng)商是最大的問題
那么我們開篇就說了,處理器生產(chǎn)這個東西,最核心的問題不僅僅在于光刻機的差距。整個供應(yīng)鏈條上幾乎都被歐美國家壟斷,從上游掐住脖子不讓你動彈。我們隨便看一看這個行業(yè)中關(guān)鍵鏈條上的供應(yīng)商:
- 第一個是AMAT(應(yīng)用材料公司),美國企業(yè),全球最大的半導(dǎo)體材料供應(yīng)商,本質(zhì)上就是能否開采純度足夠高的多晶硅原材料。
- 第二個是ASML(艾司摩爾),荷蘭企業(yè),全球最好的光刻機制造商,也就是問題上的荷蘭廠商,目前全球唯一可以生產(chǎn)7nm工藝光刻機的企業(yè)。
- 第三個是Lam Research(科林研發(fā)),美國企業(yè),全球最大的晶圓制造設(shè)備制造商,晶圓你可以理解成處理器的最初形態(tài),需要不斷加工最后變成芯片。
- 第四個是LKA-Tencor(科磊),美國企業(yè),全球最大的晶圓檢測設(shè)備制造商。
- 第五個是Dainippon Screen(迪恩仕),日本企業(yè),全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備制造商。
這五家企業(yè),從原材料開采,到生產(chǎn)制造,到最后的質(zhì)量檢測,全產(chǎn)業(yè)線覆蓋。坦率的講,如果沒有這些頭部的供應(yīng)商,什么英特爾、AMD、三星電子、臺積電、聯(lián)發(fā)科,統(tǒng)統(tǒng)都得挾菜。這里面1家是歐洲企業(yè),1家是日本企業(yè),3家是美國企業(yè)。角度放得再高一點,這些企業(yè)都是資本主義陣營的企業(yè)。因此我們要說現(xiàn)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)掌握在美國人手中也沒什么毛病。當(dāng)然,近半個世紀(jì)以來日本人在半導(dǎo)體行業(yè)也做出了非常大的貢獻(xiàn),可以具體了解了解佳能和尼康兩個“相機廠商”真正賺錢的是什么業(yè)務(wù)。因此在供應(yīng)鏈上有差距,導(dǎo)致中國無法自主制造出高性能,并且能夠大規(guī)模商用的芯片,也就導(dǎo)致了在芯片行業(yè)上發(fā)力不足的表現(xiàn)。更何況在人才培養(yǎng)上面,中國由于某個些特殊歷史問題,導(dǎo)致人才培養(yǎng)發(fā)展斷層了10年,這是最慘痛的教訓(xùn)。即便是今天,中國在半導(dǎo)體行業(yè)的人才缺口依舊高達(dá)40萬。如果你家里有孩子準(zhǔn)備讀大學(xué),那么可以建議去考微電子專業(yè),當(dāng)然,收分不低,不超過一本線大幾十分還是別想了。
目前威脅已經(jīng)很大
縱觀目前的電腦和芯片市場,桌面端處理器英特爾第一,AMD第二,兩家吃掉了市場上幾乎99%的份額,絕對的寡頭壟斷地位。其它國家的企業(yè)想要超越幾乎已經(jīng)不可能,這個已經(jīng)不是技術(shù)上面的差距問題,更多是生態(tài)捆綁利益共享的問題。
比如說光刻機這個東西,荷蘭ASML制造的光刻機是世界頂級的,最高可以賣到1億美元一臺,已經(jīng)超過了波音777客機的售價,而且每年的產(chǎn)能不過十幾臺,早都被英特爾、臺積電這個企業(yè)預(yù)訂了,其它企業(yè)沒錢,也壓根拿不到貨。比如說英特爾和微軟自建相互捆綁銷售的PY協(xié)議,也就是臭名昭著的“安迪比爾”定律。微軟負(fù)責(zé)不斷升級系統(tǒng),吃掉英特爾處理器的性能,而英特爾確保不斷推出高性能的處理器提供給消費者。這樣一來迫使消費者需要不斷換新產(chǎn)品。那么既然說起了換新這個東西,怎么少得了手機這個行當(dāng)。目前國產(chǎn)手機確實在全球市場表現(xiàn)不錯,華為超越蘋果出貨量排名全球第二,后面的小米、OPPO、vivo這些品牌加起來,中國品牌的出貨量超過了全球出貨量的一半。
不過問題在于,目前除了華為一家是在采用自己的麒麟處理器之外,其它的幾家使用的全部是第三方廠商提供的解決方案,無論是高通還是聯(lián)發(fā)科。這樣帶來的問題會是:如果某天,美國像打壓華為那樣打壓其它國產(chǎn)品牌的時候,怎么辦?處理器作為手機最關(guān)鍵的零部件,實際上中國品牌也是被掐著脖子在走。更大的問題在于,即便華為目前已經(jīng)掌握了手機處理器和基帶芯片的設(shè)計能力,但是最終落實到制造加工來說,依舊需要臺積電和三星這兩家企業(yè)來進(jìn)行代工,因為全球只有這兩家企業(yè)掌握了7nm制成工藝。無論是蘋果,還是高通,還是華為,都只能選擇臺積電或者三星來代工生產(chǎn)。三星本質(zhì)上是美國企業(yè),臺積電美方資本占股也超過了50%,背后意味著什么不言而喻。
實際上中國每面需要對外進(jìn)口超過4000億件芯片用于各行各業(yè),總交易額超過3000億美元,是芯片消費第一大國。但是目前臺積電已經(jīng)開始聯(lián)合博通公司開發(fā)5nm制成的工藝技術(shù),而中國的中芯國際剛剛在14nm成熟,往10nm方向發(fā)力的情況下,華為這樣的企業(yè),不僅僅是制造出一臺光刻機就可以拯救的。
????我國的光刻機和荷蘭ASML光刻機的差距,反映了我國和西方精密制造領(lǐng)域的差距。一臺頂級的光刻機,關(guān)鍵零部件來自于不同的西方國家,美國的光柵、德國的鏡頭、瑞典的軸承等,最麻煩的是,這些頂級零件對我國是禁運的。
????我國最好的光刻機廠商
????我國生產(chǎn)光刻機最好的企業(yè)是“上海微電子”,量產(chǎn)90nm工藝的光刻機,而荷蘭ASML最新的額光刻機是7nm EUV光刻機,差距還是比較大的。上海微電子是一家系統(tǒng)集成商,不生產(chǎn)關(guān)鍵零部件,所以做不出高端光刻機,也不是它的責(zé)任。
????目前,能做好的就是上海微電子做好中低端光刻機,畢竟大多數(shù)的芯片不需要高端光刻機。做好了中低端,生存下去,慢慢培養(yǎng)國內(nèi)的零部件商,一點一點往上做。
????荷蘭ASML光刻機
????目前,荷蘭的AMSL幾乎壟斷了高端光刻機市場,最先進(jìn)的EUV光刻機只有ASML能夠生產(chǎn)。我國的中芯國際曾經(jīng)在2018年成功預(yù)定了一臺EUV光刻機,但是至今仍未收到,原因相信眾所周知,受到了某些外界因素的影響。不過,中芯國際在現(xiàn)有的技術(shù)上,已經(jīng)實現(xiàn)了N+1,也就是7nm制程工藝。
????荷蘭的ASML有一個非常奇特的規(guī)定“只有投資了ASML,才能優(yōu)先獲得供貨權(quán)”。由于EUV光刻機產(chǎn)量有限,早早被“合作伙伴”預(yù)定,三星、英特爾、臺積電、海力士等在AMSL都有可觀的股份,可以說大半個半導(dǎo)體行業(yè)都是ASML一家的合作伙伴。
????除此之外,ASML的光刻機90%的零件均自外來,德國的光學(xué)設(shè)備、美國的計量設(shè)備等,ASML就是要做到精確控制。7nm的EUV光刻機分為13個系統(tǒng),3萬多個分件,要將誤差分散到這13個系統(tǒng)中,可見ASML的“神乎其技”。也難怪上海微電子的人到ASML參觀學(xué)習(xí),ASML說“即便全套圖紙給你們,也做不出來”。
????我們應(yīng)該怎么做?
①充分利用國內(nèi)的資金和政策支持。中興事件告訴我們,不能對國外支持過于依賴,要有自己的核心技術(shù);
②分散進(jìn)攻,不可大包大攬。對于一些零件可以外包,甚至使用國外的零件,日后尋求替代,需要整合國家,甚至全世界的資源;
③使用堅持自主研發(fā)和進(jìn)口替代。一定要掌握核心技術(shù),有些東西雖然暫時有國外產(chǎn)品可以應(yīng)用,但是人無遠(yuǎn)慮必有近憂,不能放棄對自主研發(fā)和核心技術(shù)的不懈追求。
如果覺得對你有幫助,可以多多點贊哦,也可以隨手點個關(guān)注哦,謝謝。
中國的光刻機在現(xiàn)有技術(shù)路徑下,在非EUV光源領(lǐng)域(193nm液浸式),假以時日,是可以追上荷蘭阿斯麥的,但在EUV(極紫外13.5nm光源)這條技術(shù)路線上,除非另開科技樹,追上阿斯麥的可能性不大。這就是我們和荷蘭光刻機技術(shù)的最關(guān)鍵差距,這已經(jīng)不單純是市場競爭問題,而是和太平洋對岸的米國有關(guān),日本尼康(沒錯,造單反相機的那家公司)當(dāng)初就吃過這個癟,后面細(xì)說其中淵源。
前面有回答說,頂級光刻機(限定于非EUV)的關(guān)鍵零部件來自于不同的西方國家,這一點不假,但要說離不開德國(蔡司)的鏡頭、瑞典的軸承,這個有點稍顯夸張,因為瑞典軸承這樣的精密機械,隨著國內(nèi)機械工業(yè)進(jìn)步,是可以點開這棵科技樹的。
至于鏡頭,折射的鏡頭確實是蔡司的最好,但蔡司的鏡頭在EUV時代也被放棄了,因為相位差問題和EUV光線經(jīng)過折射后能量損失較大,所以EUV光刻機改用鍍膜反射鏡頭。
EUV是目前最頂級的光刻機,既然可以放棄蔡司的鏡頭,說明它還真不是制約頂級光刻機研發(fā)的最關(guān)鍵因素。
實際上,阿斯麥通過控股蔡司的方式,使蔡司鏡頭只能獨家供應(yīng)阿斯麥,但并沒有壟斷非EUV光刻機(目前壟斷的是EUV光刻機),其它玩家還有日本的尼康和佳能,其中尼康的ArF(氟化氬光源)液浸式掃描光刻機和阿斯麥的同類光刻機有一拼,最高可以做到5nm.
當(dāng)然,尼康的5nm說法有沒有吹,無法確證,因為現(xiàn)在芯片制造領(lǐng)域,為了市場宣傳需要,大喇叭們馬力開足,混淆概念,自立標(biāo)準(zhǔn),所以才出現(xiàn)了臺積電7nm工藝制造的芯片晶體管密度竟然和英特爾10nm工藝的相當(dāng)。
不過,有一點可以肯定,尼康的NSR-S635E光刻機實現(xiàn)中芯國際正在研發(fā)的7nm工藝問題不大。
說到這里,其實牽出另一個問題,一直到2009年之前,光刻機的市場,尼康還是老大,阿斯麥不過是后面追著跑的馬仔,為何10來年過去,尼康在光刻機市場混得越發(fā)破落,讓阿斯麥吃香喝辣呢?
除了尼康在液浸式光刻機上點錯科技樹,讓阿斯麥借機上位外,最重要的是在研發(fā)EUV光刻機時,被米國一腳踢開,無緣EUV光刻機。
其中的故事,料很多很足,足可為我們鏡鑒,但文字稍長,沒有耐心不想深挖的網(wǎng)友可以離場了。
1997年,英特爾和米國能源部共同發(fā)起成立EUV LLC組織,匯聚了美國頂級的研究資源和芯片巨頭,其中包括勞倫斯利弗莫爾實驗室、勞倫斯伯克利實驗室和桑迪亞國家實驗室等三大國家實驗室,聯(lián)合摩托羅拉(當(dāng)時如日中天)、AMD等企業(yè),投入2.25億美元資金,集中了數(shù)百位頂尖科學(xué)家,只為一件事:EUV(極紫外)光刻機到底可不可行?
說白了,這是一項關(guān)于下一代光刻機的基礎(chǔ)研究,成了的話,等于點開了新的科技樹。
阿斯麥公司員工餐廳
當(dāng)時美國光刻機企業(yè)已經(jīng)衰落,市場上實力較強的主要是阿斯麥和尼康,佳能心比較大,眼看搞不過阿斯麥,掉頭專心做顯示器光刻行業(yè)了。因此,英特爾邀請尼康和阿斯麥一起參加EUV項目。當(dāng)然,英特爾也不是助人為樂,而是考慮到有兩家公司參與的話,將來不用擔(dān)心被痛宰(參考蘋果公司的第二供應(yīng)商制度)。
但米國政府不樂意了,擔(dān)心最前沿的技術(shù)落入外國公司手中,因此反對阿斯麥和尼康加入EUV LLC。從這里也可以看出,美國和它的盟友并不總是掏心掏肺。
阿斯麥對美國政府許下一大堆承諾后,勉強進(jìn)入了EUV LLC這個超級朋友圈當(dāng)一個小角色。
尼康則沒有這么幸運,由于當(dāng)時日本還被米國視為經(jīng)濟(jì)上的對手,在貿(mào)易上和日本掐個不停,所以直接被拒絕。
沒有拿到EUV光刻機的入場券,尼康從此被關(guān)在高端芯片制造設(shè)備的門外,阿斯麥則壟斷了EUV光刻機市場,盡管每臺賣1.2億美元,我們由于《瓦森納協(xié)議》限制,有錢買不到,中芯國際向阿斯麥下的EUV光刻機單子,錢交了,貨還在審批中。
芯片制造車間
在非EUV光刻機領(lǐng)域,有國產(chǎn)產(chǎn)品,性能落后一些,假以時日打磨,可以逐漸追上國際先進(jìn)水平,但在EUV光刻機領(lǐng)域,我們完全是一片空白,這影響到了我們的晶圓代工廠芯片工藝制造,卡在7nm上不去。而EUV光刻技術(shù)又被米國牢牢把控,別怪阿斯麥,在整個項目中,前面說了,它也只是打醬油的。
這方面的詳細(xì)內(nèi)容,有興趣的網(wǎng)友,可以參考我在頭條號的文章《阿斯麥封神背后》。
所以,我們?nèi)绾卧贓UV光刻技術(shù)上點開科技樹,是當(dāng)前的一個重大挑戰(zhàn),也關(guān)系到國產(chǎn)芯片的未來。
先看數(shù)據(jù),2020年荷蘭的ASML的研發(fā)投入經(jīng)費達(dá)到了172億元人民幣,其中被臺積電和三星拼了命的大量購買的,最先進(jìn)的EUV極紫外光刻機,ASML公司在上面花了20年進(jìn)行研發(fā),投入的研發(fā)經(jīng)費累計超過60億歐元,約合人民幣470億元。
而我們的上海微電子裝備投入的研發(fā)經(jīng)費據(jù)坊間傳言為10年投入了6億元的研發(fā)經(jīng)費,目前量產(chǎn)的是90nm光刻機,型號是600系列。而28nm的光刻機有可能今年才能面世,目前尚未見到。
ASML
一、光刻機核心競爭因素是天才。
最先進(jìn)的光刻機難不難,復(fù)雜不復(fù)雜?
首先要明確回答,光刻機技術(shù)還是挺難的,比較復(fù)雜,沒看到全世界只有荷蘭的ASML引領(lǐng)全球市場。
但我們要搞明白,難在哪里?能不能克服困難,怎么克服困難?這樣才能解決問題。
極紫外光刻機雖然復(fù)雜,但我們要知道,這不存在理論方面的困難,難就在于工程方面的驗證,采用什么樣的方法才能解決研發(fā)過程中碰到的一個個問題。
也就是說采取怎么樣的措施,采用什么樣的材料或者方案,解決工程當(dāng)中遇到的問題。這需要一一驗證,需要多次的試錯,試驗得多了,犯的錯誤多了,就會慢慢地找到解決方案或方法。
為什么ASML每年投入100多億的研發(fā)經(jīng)費,就是在不斷的試錯,不斷的迭代更新。
上海微電子裝備
光刻機研發(fā)的過程中遇到的各種問題,我們可以找到優(yōu)秀的人才加入隊伍當(dāng)中去,找到一些天才加入到隊伍當(dāng)中去,這些天才可以非??斓慕鉀Q這些問題。
就像之前的中芯國際一樣,在梁孟松加入之前,技術(shù)瓶頸一直突破不了,直到梁孟松的加入,在很短的時間內(nèi),中芯國際突破了技術(shù)瓶頸,發(fā)展迅速,如果不是購買不到最先進(jìn)的EUV極紫外光刻機,5nm甚至3nm的技術(shù)估計都快要突破了,和臺積電的差距會迅速變小,可見核心人才的重要性。
那么,我們怎么才能找到這些關(guān)鍵天才加入到我們光刻機公司呢?
二、怎么才能吸引到全球的天才加入到我國的光刻機制造事業(yè)。
其實想要天才加入我們的光刻機公司,是有非常便捷的方法的,不是非常困難的。
一個字,錢。
給天才足夠的待遇,就會把全世界絕大多數(shù)的優(yōu)秀天才招募到我們的隊伍當(dāng)中。
華為任正非接受采訪的時候曾經(jīng)說過,華為為了吸引天才少年,開出了比競爭對手高3到5倍的價格。在國內(nèi)華為為了招募天才少年,甚至開出了200萬的年薪。
天才少年
荷蘭的ASML每年投入的研發(fā)經(jīng)費不到200億元,我們想要在短時間內(nèi)追趕上來,就投入5倍的研發(fā)經(jīng)費,我們可以投入1000億元到這個領(lǐng)域。
荷蘭的ASML給核心天才人物40萬美元的年薪,我們就給200萬美元的年薪,這樣我們就能在短時間內(nèi)快速地追趕上對手。畢竟ASML年銷售額才1000億左右,他不可能投入太多的費用和我們進(jìn)行競爭。
而每年1000億的研發(fā)經(jīng)費投入到光刻機領(lǐng)域,持續(xù)5到10年,卡脖子問題就會迎刃而解,甚至ASML的市場份額還能不能保住都不好說,因為只要中國盯上的領(lǐng)域,只要下定決心做的領(lǐng)域,都會讓高高的價格下來,高鐵如此,盾構(gòu)機如此,光刻機也不會例外。
光刻機很復(fù)雜,但不是追不上。
是很高大上,但不是無解的。
作為工程技術(shù)領(lǐng)域,最重要的不是技術(shù),而是市場在哪里?誰掌握了市場,誰就能主導(dǎo)技術(shù)走向。
以前是美國,現(xiàn)在是中國。
我國自主光刻機是紫外光刻,能到90nm,65nm,也有報道說22nm,14nm。14nm應(yīng)該不可能,65nm是可靠的。
據(jù)報道,去年4月武漢光電國家研究中心的甘宗松團(tuán)隊,掌握了利用二束激光進(jìn)行9nm芯片工藝制程的技術(shù)。這是不一樣的技術(shù),還在研究中。
荷蘭現(xiàn)在是極紫外光刻技術(shù),可到7nm5nm甚至更小。
但我認(rèn)為我們國家和各企業(yè)非常重視這塊,技術(shù)很快就能突破,超過難,跟上國際先進(jìn)水平問題不大
我回答的題目是:
中國光刻機技術(shù)關(guān)鍵點:
已與荷蘭同處,將不止與荷蘭等高
與“荷蘭”在關(guān)鍵點上的區(qū)別?!
與荷蘭的關(guān)鍵點區(qū)別看起來有2個。目前為止,一個是光刻機整機集成技術(shù)中國低端、荷蘭頂級,另一個是光刻機零部件中國全面自供、總體低端,荷蘭全面他供、整體頂級。零部件,中國必須自供是沒辦法的事,上海微電子早在2007年就被荷蘭的零部件供應(yīng)商給斷供了,之前由于被供應(yīng),造出了90納米DUV光刻機;之后,由于被斷供,造出來整機卻不能量產(chǎn),再之后,由于在國內(nèi)得到低端零部件供應(yīng),才有了國產(chǎn)化的低端光刻機,“0~1”!才成為全球僅有的4家光刻機整機制造商之一,與除荷蘭ASML外的另2家在低端光刻機領(lǐng)域并駕齊驅(qū),關(guān)鍵點是與所有的其它3家都有“同一國的一企與多企合造”這個重大區(qū)別,這是發(fā)生在中國的第一個里程碑事件!第一個關(guān)鍵性轉(zhuǎn)折!上海微電子在推出28納米國產(chǎn)光刻機整機之后,中國的集成技術(shù)和零部件技術(shù)就都上升到中端自主水平了,還是從無到有,而且是由低到高,關(guān)鍵是發(fā)展夠快,發(fā)生在中國的第二個里程碑事件、關(guān)鍵性轉(zhuǎn)折!盡管分別跟做整機的荷蘭1個國、做零部件的歐美多個國還差了好大一截,但是,單就上海微電子說畢竟比ASML晚創(chuàng)立18年,毫無疑問,無需再過18年,中國光刻機整機集成技術(shù)和配套技術(shù)肯定就在“看起來”的那2個關(guān)鍵點上分別與那1個國、多個國毫無區(qū)別了,最關(guān)鍵的是中國 1 個國家把 2 個關(guān)鍵點全占了,既高端又自主,安全得很!這,無疑就成了世界光刻機制造歷史上的里程碑事件、關(guān)鍵性轉(zhuǎn)折!
為什么說“看起來”與荷蘭是有 2 個關(guān)鍵點區(qū)別?這么說也有2個關(guān)鍵點,2 個最主要的觀點。
第一個關(guān)鍵點:荷蘭造出世界唯一高端、全球唯一頂級光刻機整機的決定性要素之一是有來自于好多個國家連綿不斷、毫無阻礙的零部件供應(yīng),而且共同構(gòu)成的是全球唯一高端和頂級供應(yīng)鏈。不僅如此,ASML還有那么多客戶包括高端和頂級芯片代工廠毫不猶疑地給投資呢。關(guān)鍵是,那些個國跟荷蘭這個國是一伙的,利益一致,都對荷蘭開放關(guān)鍵核心技術(shù),如果不是這樣,荷蘭無論如何也造不出高端、頂級的光刻機整機,幾乎完全可以肯定ASML連上海微電子都干不過;如果也這樣地對中國敞開大門,上海微電子早就造出中端光刻機整機了,ASML早就對中國敞開來賣中端的DUV光刻機了,而且,中芯國際應(yīng)該在2019年就能拿到那臺2018年下單的EUV光刻機,而由于梁孟松當(dāng)時已經(jīng)到來1年多了,到現(xiàn)在已經(jīng)能夠研發(fā)真正意義上的 7 納米工藝制程芯片,EUV芯片,其實不僅是中芯國際,上海微電子及其國內(nèi)零部件供應(yīng)商因此也就已經(jīng)有了可模仿的高端光刻機整機集成技術(shù)和配套技術(shù),然而,這一切的關(guān)鍵點到現(xiàn)在都沒有成為現(xiàn)實,問題的關(guān)鍵在于荷蘭依托的供應(yīng)鏈雖然沒有從一開始就全面排除中國,主要是在低端上沒有排除,后來卻連低端也排除了,現(xiàn)在,荷蘭自己在高端和頂級光刻機整機銷售上也排除了中國,寧肯不賺中國大錢、長錢。當(dāng)然,這一切關(guān)鍵點中的關(guān)鍵點是美國這 1 個國,決定性的人為因素!
第二個關(guān)鍵點:不能不說荷蘭ASML在光刻機整機制造上是下了大功夫的。這個外國企業(yè)很要強,這是 1 個深層次的關(guān)鍵點,在底層處、為動力源。ASML大力研發(fā)集成技術(shù),主要依靠自己的長期努力把整機集成技術(shù)做成高端和頂級,倒是,同我們國家、美國、其它歐洲國家的企業(yè)一樣都得到了本國的大力支持。擴展開來地說,荷蘭所依托的零部件供應(yīng)商也都是主要依靠自己的長期努力達(dá)到高端和頂級的,包括從基礎(chǔ)研究做起,包括保持工匠精神,包括大力投入人力物力財力,也有過引進(jìn)、模仿,但轉(zhuǎn)向自研、奔向創(chuàng)新是主要的發(fā)展歷程和戰(zhàn)略軌跡,轉(zhuǎn)變又很快,還很徹底,從而成為了真正的科技制造企業(yè),以科技來自驅(qū)動。通過自強自立制造高端光刻機、打造高端供應(yīng)鏈,正是我們中國自建國以來就一直倡導(dǎo)、引導(dǎo)并且一直支持、督促中國企業(yè)一定要站上去的關(guān)鍵點,上海微電子和其配套企業(yè)已經(jīng)站上了,今后需要的是保持戰(zhàn)略定力,致力于早日站上高端、頂端,我們這些國人眼下需要的是保持耐心、信心!
我國的光刻機目前能做的只有90nm制程,而荷蘭的ASML 最新EUV工藝光刻機可以做到7nm制程、6nm制程、5nm制程,并且一臺頂級的光刻機需要上萬個零部件,需要不同國家的各個頂級部件,售價也高達(dá)7億人民幣。
我們國家技術(shù)差就差在沒有得到各個公司的頂級技術(shù)支持,以及國外對于光刻機關(guān)鍵部件的封鎖??赐暌韵潞商mASML光刻機為什么能夠成功,就可以知道我們究竟差在哪里。
為什么荷蘭能夠做頂級光刻機
先來說說市場占有:
荷蘭ASML公司是目前全球頂級光刻機的扛把子,雖然說尼康(Nikon)和佳能(Canon) 也能夠提供商用的光刻機,但它們與ASML光刻機市場占有率相比還是差非常多,ASML占據(jù)了全球80%以上的份額。
1、獨家供應(yīng)支持和技術(shù)分明
制造光刻機所需要的鏡片、光柵都是由德國和美國提供,這兩樣?xùn)|西對我們國家來說都是禁止銷售的,也就是我們有錢也不可能買的到。我們就以德國蔡司公司提供的鏡頭來說,據(jù)說這個工廠祖孫三代從事同一個職位,制造鏡頭技術(shù)根本不外傳,鏡片材質(zhì)要做到均勻,需幾十年到上百十年技術(shù)積淀。
再加之荷蘭ASML公司有一個模式,那就是只有投資它的公司才能夠優(yōu)先得到他們的頂級光刻機。例如蔡司就是投資了ASML,占據(jù)了它超過20%的股份。這些公司不單單投資它,也給它提供最新的技術(shù),這樣它就不是孤軍奮戰(zhàn)狀態(tài),做到了技術(shù)分工。像三星、英特爾、臺積電都對它有一定的投資,才能夠優(yōu)先獲得它的最先頂級的光刻機。
2、荷蘭對它足夠重視
荷蘭雖然是一個小國家,但它對知識產(chǎn)權(quán)特別的重視,這讓ASML有很多自己的知識技術(shù)產(chǎn)權(quán)。一旦它擁有了這個產(chǎn)權(quán),別人是不能夠再使用,使用需要繳納一定費用,這也就自然成就了ASML全球霸主的地位。
根據(jù)WTO公布的數(shù)據(jù),近十年來,全球知識產(chǎn)權(quán)使用費出口排名中,荷蘭(僅包括五年的數(shù)據(jù))達(dá)到2392億美元,僅次于美國和日本,超過英國,法國,德國等歐洲大國。
3、強大的研發(fā)投入
我們都知道華為投資超級多才造就了如今的海思麒麟處理器,而ASML的頂級光刻機也是一樣。在2019年 荷蘭ASML公司全球銷售額大概是21億歐元左右,它拿出了4.8億歐元進(jìn)行技術(shù)研發(fā),研發(fā)費用占營收的比例達(dá)到22.8%。因此它的成功不是偶然,是必然。
我國光刻機現(xiàn)狀
我們國家的光刻機主要是以上海微電子設(shè)備研究所的為主,它做的是國內(nèi)比較先進(jìn)的了,它的SMEE200系列光刻機只有90nm。其它的就更不能提了,例如合肥芯碩半導(dǎo)體公司都只能夠擁有200nm工藝。
當(dāng)時上海微電子的總經(jīng)理去德國考察時,人家曾經(jīng)明確的說,就算我們給你們?nèi)椎膱D紙,你們也不可能做出來我們這種光刻機。
它之所以能夠說出這種話,也不是對我們的一種鄙視,而就是現(xiàn)實。因為這個光刻機堪稱人類智慧集大成的產(chǎn)物,它被稱為現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)之花。曾經(jīng)有人這樣形容它的工作過程,就像坐在一架超音速飛行的飛機上時,拿著線頭穿進(jìn)另一架飛機上的針孔。
未來發(fā)展
雖然最近不斷的有好消息,例如2018時中科院的“超分辨光刻裝備研制”通過驗收,它的光刻分辨力達(dá)到22nm,結(jié)合雙重曝光技術(shù)后,未來還可用于制造10nm級別的芯片。
但是與ASML比起來還是差很遠(yuǎn),并且它是處于實驗室階段,想要真正商業(yè)化使用還是需要一段時間。而反觀現(xiàn)在的ASML,它的EUV光刻機,已經(jīng)可以達(dá)到7nm,甚至5nm。因此我們的光刻機還處于不利地位,需要很長一段路要走。
結(jié)語
通過以上的介紹大家就可以知道我們與他們究竟差在哪里,這并不能說我們不行。而是因為這個東西需要的部件太多了,也需要不同企業(yè)頂尖技術(shù)支持,只有把它們頂級技術(shù)進(jìn)行整合才能夠做出頂級光刻機。
而我們現(xiàn)在是肯定不行的,因為美國、歐盟對光刻機關(guān)鍵部件、技術(shù)都是嚴(yán)格封鎖,有再多的錢都不一定會出售。我們差就差在沒有整個行業(yè)頂級技術(shù)支持,以及先進(jìn)的鏡片支持。
我們要做的仍然是不斷加大研發(fā)投入,就像海思麒麟處理器一樣,只有不斷投入研發(fā),技術(shù)積累,各個行業(yè)緊密合作幫助才能夠做出頂級光刻機。2G、3G、4G一直落后于人,5G我們做到了領(lǐng)先。雖然我們現(xiàn)在光刻機很弱,但是相信經(jīng)過一段時間技術(shù)積累,我們?nèi)耘f可以做到領(lǐng)先,未來可期。
感謝您的閱讀!
你可能會這樣對比:
目前中國線上銷售的是90nm光刻機;荷蘭銷售的是7nm EUV光刻機。怎么感覺中國的90nm光刻機應(yīng)該更厲害呢?事實上,真的如此嗎?
先了解,Xnm的意思?為什么說我們落后了?
所謂的nm意思是在芯片制造中,在它身上形成的互補氧化物金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管柵極的寬度,也被稱為柵長。
上圖中,芯片的電流從Source(源極)流入Drain(漏級),Gate(柵極)相當(dāng)于閘門,它的作用就是用來控制Source(源極)與Drain(漏級)的通斷,而Gate(柵極)就是能夠通過它的大小,控制電流的損耗,寬帶如果很小,自然經(jīng)過Gate的時間越短,損耗越小,處理器的功耗就越低!
比方是,Gate就像小兵,源級和漏級就像猛士,小兵越少,越容易通行!實際上,柵極的最小寬度(柵長),就是X nm工藝中的數(shù)值。
未來,我們就是在不斷的挑戰(zhàn)摩爾定律,將不可能的柵長給控制的越來越低,這樣才能夠更好的將功耗給降低下來,性能給提升上來。
我們?nèi)狈Φ氖鞘裁矗?/h1>
為什么荷蘭可以做成7nm EUV的光刻機呢?這就要得益于荷蘭的方式,ASML的一些巧妙的心思。
- 荷蘭政府本身就一直在支持ASML的全球化,這是后盾的力量,也是它能夠持續(xù)獲得關(guān)注的地理優(yōu)勢。
- ASML總裁Peter Wennink說,高端的EUV光刻機永遠(yuǎn)不可能(被中國)模仿,據(jù)Wennink回應(yīng),因為受到來自美國的壓力,荷蘭扣留了EUV設(shè)備出口到中國的許可證??梢?,在Wennink看來,中國很難做到7nm EUV光刻機。因為,一方面我們屬于瓦森納條約的清單中被阻止一員,另一方面,也是因為我們技術(shù)所限制。
其實,荷蘭ASML的生產(chǎn)模式,決定了,ASML就很難會被模仿光刻機。
“因為我們是系統(tǒng)集成商,我們將數(shù)百家公司的技術(shù)整合在一起,為客戶服務(wù)?!?/p>
光刻機有80000個零件,等等一些配件告訴我們,制造光刻機的不容易,荷蘭ASML的聰明之處,讓許多技術(shù)類企業(yè)都成了它的股東,技術(shù)能夠共享,但是在我國很難!
難在哪里?難在我們還在遵循老規(guī)矩呢?
確實很難,因為我們不會將三星,臺積電等等成為我們的股東,并且所謂的制約我們的技術(shù),也很難唄提供。
我們只能一切靠自己,各種新的技術(shù)必須要進(jìn)行不斷革新,從源頭上將光刻機的優(yōu)勢更好的發(fā)揮出來,比如武漢光電國家研究中心甘棕松團(tuán)隊,使用遠(yuǎn)場光學(xué)的辦法,光刻出最小的9nm線寬的線段……未來還有很多的技術(shù)在不斷的更新,打破束縛,我對于中國芯片是最看好的。