光刻机哪个国家能造(高端光刻机哪个国家能造)

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作为世界第二大经济体,同时也是第5个拥有核武器的国家。我国现阶段最大的遗憾,可能就是不能制造的国产EUV光刻机了。

有些人会拿原子弹来和光刻机比,纳闷为什么当年一穷二白都能造出原子弹,如今却造不出光刻机?

首先,目前不光中国,所有拥核国家都没有制造出最先进的EUV光刻机,在这方面还不如没有原子弹的日本与荷兰。

其次,拿做原子弹来跟做光刻机比,相当于列了一项不等式。

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原子弹和光刻机,是一项不等式

众所周知,我国当初研制原子弹时,可谓是内外交困。一穷二白的新中国,靠着“勒紧裤腰带”和钱学森等一众科研人才,仅用算盘就做出了原子弹。

然而和庞大的计算量相比,制作表面极为光滑的铀球,更是难如登天。作为原子弹的“心脏”,铀球的尺寸和规格,都必须足够精密,稍有差池,原子弹就不会爆炸。

当时我国工业相对落后,没有自动化设备,都是老师傅在车床边一点点打磨出来的。

正因如此,有人会拿这点来对比,认为研制光刻机也是“细活”,为什么现在中国工业取得飞速发展后,仍做不出来一台光刻机?

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铀球

其实我国早在1977年,就研制出了一台GK-3型半自动光刻机。3年后,清华大学还将精度提高到了3微米,当时ASML公司甚至都还没有成立。

除了国内面对的一些问题外,最主要的有两个层面的原因。一、光刻机技术的日新月异;二、以美国为首的封锁网。

光刻机技术的跑道,就像一根牛角,光刻机技术的极限就是物理学的极限。因此,随着技术发展,研发门槛也越来越高。

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作为核心技术,光刻机的升级离不开光源的进步。如今ASML公司垄断的EUV技术,说白了就是极紫外线。而在此之前,全球的光刻机用的都是DUV,也就是深紫外线。

深紫外线要想变成极紫外线,就需要多次击打液态的金属锡,将其转化成等离子态,激发波长更短的极紫外线。

最难的是,这些液态金属锡是滴下来的,而且大小只有将近20微米。要想让深紫外线精准打在上面,对设备的精密度有着极高要求,远比铀球要难得多。

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对于原子弹来说,铀球是“心脏”,而对于EUV光刻机来说,工作台就是“心脏”。工作台的精度,决定了加工芯片的精度。

ASML公司的EUV光刻机,用的是目前最先进的双工作台,一个工作台进行对焦等准备工作,另一个工作台直接进行扫描曝光。

如此一来,不仅能提高精度,效率也变得更高了。

除了这些极为精密的技术外,我国还不得不面对美国的技术封锁。

1996年,以美国为首的30多个西方国家,在维也纳签署了《瓦森纳协定》,并将我国列入了出口管制名单。

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只要有成员国对中国出口某种先进武器或者技术,美国就会拿出这份协定阻止。“巧妇难为无米之炊”,就算我国想研制光刻机,也拿不到任何先进技术和零部件。

要知道,光刻机可是制造芯片的核心设备,如果中国的EUV光刻机被“卡脖子”,国产芯片势必也会落于下风。

前段时间美国对华为进行“芯片制裁”,恰恰证明了我国必须要有自主研发的顶尖芯片。

这一切的大前提,就是我国突破封锁,造出属于自己的EUV光刻机。

与我国相反,没有受到封锁,甚至被美国大力扶持的小国家,反倒一度成为全球EUV光刻机方面的巨头。

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两家争霸,一家独大

上世纪80年代左右,有两个小国家在半导体领域中异军突起,他们分别是荷兰与日本。这两个国家有个共同点,他们都没有做出原子弹。

与荷兰不同的是,日本是靠美国崛起的。当时美国为了增强在亚太地区的话语权等原因,大力扶持日本的工业与科技,将不少工厂都调到了日本。

经过短短十年左右的发展,日本的半导体技术突飞猛进,出口量成倍增长,一度超过了美国。其中,仅尼康一家公司,就占据了50%左右的市场。

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成为世界半导体巨头的日本,引起了美国的担忧与不满,为了打压日本,美国不仅在经济上狠狠坑了日本一把,还组建了EUV LLC联盟,用来跟尼康、佳能等日系公司抢占市场。

EUV LLC联盟中,不仅有英特尔、摩托罗拉等美国公司,还大力吸引了其他国家的科技公司,相当于跟日本打了一场,科技层面的世界大战。

起初,日本仍认为,只要自己东西做品质好,以美国为首的封锁打压便形同虚设。

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然而令日本没有想到的是,作为常年和日厂合作的公司,英特尔等公司在加入联盟后,立刻中止了跟日本之间的合作。

尼康的产品虽然在当时数一数二,却几乎陷入了滞销的窘境。此外,日本的半导体技术,也遭受了严重的打击。

当时全球的半导体领域,都在探索划时代的EUV技术。即便日本的科技水平再高,也不过是个资源紧缺、被美国频频吸血的小国,研发进程一直在EUV LLC联盟之后。

就在日本逐渐被美国拉下巨头席位的同时,荷兰的ASML公司,借助EUV LLC 联盟,成为全球半导体领域的“宠儿”。

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1984年,ASML在荷兰成立,其母公司就是飞利浦。正所谓“子承父业”,ASML早期的半导体技术,基本都有飞利浦的身影。

然而由于日本霸占了世界市场的半壁江山,导致ASML公司这种30人左右的小公司,只能在夹缝中求生存。

没过几年,ASML因为业绩太拖后腿,被飞利浦赶出家门。失去了飞利浦这个靠山,ASML的客户变得更少了,经营状况可以说是如履薄冰。

正当ASML已经做好破产的准备时,美国为了挽救本土产业、打击日本半导体,在全球范围内拉拢盟友。

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这对ASML来说,无疑于天上掉馅饼。通过联盟,ASML公司会获得技术及资金的双重支持。更何况,他们对尼康等日厂的仇恨,不比美国少。

加入EUC LLC后,ASML公司一步步从末位小厂,翻身为世界光刻机领头羊。

在盟友们的帮助下,ASML公司率先研究出EUV技术。自此,这家荷兰公司赶超日本、在EUV光刻机方面独占鳌头。

通过荷兰与日本的此消彼长,都能在其背后发现美国的身影。

那么问题来了,为什么美国的光刻机公司,比不过日本的?如今又为何不造EUV光刻机了?

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为何连美国也没自己的光刻机?

上个世纪的美国,发明创造的能力远比现在强出一大截。

早在50年代,贝尔实验室就试着在硅晶体上打印图像。此后,美国的科研人员,一直在探索光刻技术。

1978年,美国的GCA公司推出了首个“晶圆步进器”,但是这种步进器只面向美国国家半导体、IBM等行业巨头,一般公司根本用不起。

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两年后,日本的尼康不仅模仿了GCA的产品,还进行了不少改良,比如采用分辨率更高的镜头。

在提升产品质量的同时,还进一步压缩了成本,制造了日本首个商用步进器:NSR-1010G。

物美价廉的NSR-1010G一经推出,立刻供不应求。短短两年,就把GCA的市场份额,从68%挤压到了45%左右。

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NSR-1010G

1986年,行将就木的GCA陷入财务危机,不得不裁员70%。次年,GCA的股价一路跌到2美元。

事实证明,抄底还真不一定是稳赚不赔的。General Signal公司认为瘦死的骆驼比马大,便花了7600万美元收购了GCA。

然而买回来几年后,他们发现GCA的技术早就落后太多了。

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1993年,General Signal公司想着赶紧把GCA出手,可谁都不愿意当“接盘侠”,4个月后,找不到“冤大头”的General Signal,只能关闭了GCA。

GCA的惨败,促使美国调整战略。

由于苏联解体,世界格局转变为一超多强,美国的重心不再是硬着头皮死磕,而是扶植弱小的傀儡,自己在幕后对其进行操纵。光刻机方面的傀儡,正是荷兰的ASML公司。

美国的傀儡方式简单粗暴,虽然他们自己不再做顶尖的光刻机,把市场让给了ASML。

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但是在ASML的EUV光刻机上,很多都是美国制造的零部件,比如美国Cymer公司的大功率光源。

这种光源,能把193纳米的短波紫外线,通过多次精密反射,得到13.5纳米的极紫外线,也就是所谓的“EUV”。

ASML虽然具有领先全球的尖端光刻机技术,却无法制造这类零部件,只能通过从美国、德国等国家的供应商处购买。

如果美国停止供应光源,那么ASML很可能会面临停产。

因此今年3月,ASML才会公开表态,解释为何不卖给我国EUV光刻机:“这不是我们的选择,而是政府们的选择。”

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他们口中的政府,明面上看是荷兰,实际上是对中国虎视眈眈的美国。

就目前的局势而言,倘若ASML跟我国签订合同,准备卖给我们光刻机,交易多半要以“离奇失败”告终。

到时,美国多半会迅速扶持一家新的光刻机公司,用来替代ASML。毕竟美国掌控着诸多核心部件,相当于掌握了谁能制造EUV光刻机的决定权。

是以,中国就算有能力造出EUV光刻机,也要想办法解决部件等问题。无论是自主研发,还是寻找靠谱的供应商。而这,才是中国能否制造出顶尖光刻机的重要前提。

那么问题来了,我国真的能追上荷兰的进度吗?

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中国还有机会跟上步伐吗?

去年1月,荷兰高科技学院的董事总经理、《光刻巨人:ASML的崛起之路》作者瑞尼·雷吉梅克,曾在一场采访时说:

“如果没有限制,中国(5纳米光刻机)肯定能在5~10年内追上来。”

目前,我国的上海微电子装备有限公司,已经放出了28纳米DUV光刻机的部分信息,预计年底之前交付。

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虽然这还不是EUV光刻机,但是需要知道一点,我国在研究DUV光刻机的同时,也在攻克EUV方面的种种难关。

去年央视播放了一段鼓舞人心的新闻:中科院研制出了“高能同步辐射光源”,是世界上亮度最高的第四代同步辐射光源之一,使我国的EUV光源技术向前迈出一大步。

中科科美也紧随其后宣布,他们研制的0.1nm镜头镀膜装置,也已经正式投入使用。如此,国产EUV光刻机的镜头,也不再是大难题。

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工作人员正在安装高能同步辐射光源

此外,我国清华大学联合华卓精科公司,历时三年,打造出了相当于光刻机“心脏”的双工作台,并顺利通过验收。

与此同时,中国也成为世界上第二个,掌握双工作台技术的国家。

不仅如此,华卓精科还继续突破难关,研制出了“6自由度磁浮微动台”,进一步提高了精度。

这三项技术,都是EUV光刻机中最难以攻克的三个难关。但是这背后,说多了都是汗水与委屈。

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有网友发现,华卓精科3年累计获得7.27亿元的政府补贴,净利润却只有4800多万元。

一些人看过数据后,认为华卓精科就是在浪费钱,把这7.27亿拿去投资,都不至于只赚4800多万。

从利润的角度来看确实如此,但这无疑是一种短视。

如果真这么做,虽然钱越来越多,技术却会越来越落后。到那时,处在垄断地位的卖家漫天要价,从我们手里大把大把抢钱。

说到底,相较于钱财来说,掌握核心技术才是硬道理。而中国制造EUV光刻机的难度,几乎是世界最难的。

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我们不仅得不到任何技术上的帮助,还处处受人封锁,连一些小部件都没得买,只能自己研制。

因此,未来中国研制出EUV光刻机的时候,多半也是光刻机零部件的供应商。

是以,看待中国EUV光刻机,既不能一个劲否定,也不能忽视客观条件“乱吹”,甚至鼓吹“弯道超车”。

要知道再“弯道超车”,就得做超过3纳米EUV光刻机的划时代产品了,毕竟台积电和三星已经准备量产3纳米的芯片了。

我国目前连5纳米光刻机都没有做出了,直接奔着3纳米以下去,必然要经历更多难关。不一定能超车,但一定是在走弯路。

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到那时,我们就算真做出来超过3纳米级别的光刻机,美国等西方国家早就甩我们几条街了。

一味执着于5纳米、3纳米等西方标准,注定要被别人牵着走。对于我国来说,脚踏实地、按照自己的能力,做出优质的中国光刻机才是正事。

参考资料

[1]央视新闻,《家重大科技基础设施!高能同步辐射光源首台科研设备安装》

[2]瑞尼·雷吉梅克,《光刻巨人ASML崛起之路》

[3]澎湃新闻,《专访荷兰ASML中国总裁:对向中国出口光刻机保持开放态度》

[4]《创投时报》,《中国也有光刻机,重重困难中突围而出》

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