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当下,随着科技的发展和社会的进步,无论是手机,家电,还是汽车以及一系列人工智能产品都离不开芯片的加持。面对与日俱增的市场需求及全球缺芯的大环境下,产业链陷入僵局,芯片也成为各国科技博弈中不谋而合的战略性指标。

尽管我国此前在半导体领域中居于低位,但近年来,从频频传来的捷报中得以窥见,在高端芯片设计上,我国已取得显著突破。但在生产上,大部分依赖台积电等大厂代工。

众所周知,光刻机是目前技术难度最高、最关键的设备之一,对于芯片制造的重要性无可厚非。本是产业链小众领域的光刻机,不仅没有一开始就受到重视,且在美国多轮制裁下,光刻机进口受限,我正面临着有技术却难以发挥的尴尬境地。

从一定程度上,真正卡脖子的并非芯片,可以说是芯片背后的“大家伙”光刻机。目前,除缺芯涨价外,光刻机国产化进程也成为业界重点关注的焦点之一。

国产光刻机面临的破局难点

①荷兰ASML一家独大

随着7nm先进制程而来,5nm及以下工艺的发展而有望得到进一步的壮大。EUV光刻机工艺逼近物理学、材料学及精密制造的极限,不仅可以用于7nm、5nm芯片生产,甚至即将诞生的3nm工艺,也同样适用。高端光刻机的国产化与其他零部件的国产化,有着天壤之别。

纵观全球光刻机市场,荷兰公司ASML长期以来占据光刻机市场的霸主地位,甚至是唯一的高端玩家。在同领域中,其出品的光刻机可谓是光刻机中的精品。三星、台积电等已实现高端工艺突破的企业,之所以技术升级先人一步,主要的原因之一正是运用了ASML所生产的EUV光刻机。

2020年,ASML占据全球EUV光刻机、DUV光刻机出货的100%和62%,仅剩下的少部分份额由尼康和佳能瓜分。凭借多年的技术攻关和美国的大力支持,全球光刻机市场几乎被荷兰ASML收入囊中。同时,基于产品的特殊性和工艺复杂性,ASML一年生产的EUV光刻机数量也非常有限,因此产品价格非常高,不是所有企业都有购买。

②美国强制措施意图限制中国发展

我国作为光刻机制造国之一,早在1977年便开始研究光刻机。但此后“造不如买,买不如租”的思想逐渐盛行,不少企业放弃深度研发。由于对核心节点的判断失误,我国在芯片产业开始进入相对衰退期,最终逐步被西方国家垄断。

由于长期以来的《瓦森纳协定》等封锁,中国几乎无法从西方购进相关设备和技术。为防止技术泄密,华裔工程师也不被允许进入欧美知名半导体企业的核心部门。

2018年,中芯国际尝试从荷兰ASML公司进口EUV光刻机,但在美国的限制之下,一直未果。

2019年的美国前总统特朗普实施对华为的管制措施。

2021年7月,拜登政府仍以国家安全为由,要求荷兰政府进一步收紧对中国出售EUV光刻机的管制。

美国用其科技霸权,强行压制我国科技产业发展。而当下产业链涨价日渐焦灼,想要购进光刻机,不仅受限于美国政府,就算有钱也难以实现。

③艰难的零部件攻关之路

中国院士吴汉明曾表示,凭借一个国家的力量,很难制造出EUV光刻机,主要还是因为制造EUV光刻机的十万元器件来自35个国家的5000多家企业,每一件都代表着业内的最高水平。

光刻机的制造背后需要一个巨大的零部件系统做为支撑。国外相关企业历经十多年协作攻关以构建完整的技术产业链,才得以实现光刻机的研发。

即使是高级玩家的ASML,90%的零件都由全球的产业链厂商支持,其核心技术和设备如:光源技术、机械工艺和蔡司镜头、轴承、阀件等分别来自于美国、日本、德国、瑞典、法国等。

反观国内,在实现研发EUV光刻机的相关核心技术上几乎是一片空白。受限于美国打压,国外零部件进入中国市场的路行不通,中国想要在短时间内从零开始,自力更生建立起整条技术产业链以供应整个庞大系统的研发是并非易事。

任正非在华为芯片制造被切断后曾表示,尽管华为海思能够设计出世界顶级的芯片,但我国基础工业的水平与发达国家存在着一定的差距,国内企业也无法造出来。由此看来,这也是实现我国光刻机国产化艰难的一大现实主因。

积极应对,国产光刻机制造在路上

据公开消息,华为、中芯国际、长江储存、国望光学等企业已着手EUV光刻机的自主研发并逐步建立相关技术产业链。此前华为海思、长江储存、中芯国际等90家企业紧急“抱团”,计划建立全国集成电路标准化技术委员会,通过互相配合协作,加快芯片国产化的速度。

近期,上海微电子正式对外宣布,28nm光刻机现已下线,将于年底完成交付。值得一提的是,此外经技术改进后,可以实现14nm芯片生产。

中芯国际的梁孟松曾表示,中芯国际实现7nm的重大突破,目前,自研的“N+1”芯片技术趋于成熟,进入验证、试产阶段。这表明中芯国际具备7nm量产的制程工艺和芯片技术。

近日,中科院在宣布自主研发光刻机后,也迎来实质性进展。其自主研发的国内首台高能辐射光源宣布正式落地且完成安装工作。此外,中科科美半导体公司也表示成功掌握直线式劳埃透镜和纳米聚焦镀膜两项装置的关键技术,且上海微电子联合完成了装置的技术检测与认证。

ASML总裁说:“出口管制将加快中国自主研发,15年时间里他们将做出所有的东西”、“中国完全自主掌控供应链之后,欧洲供应商将彻底失去市场”。尽管市场变数不定,外界困扰因素众多,中国企业在国产化道路上越走越稳。

总结

光刻机不仅需要高精尖的技术作为支撑,不断打磨并做到极致,许多技术经验的积累也需要一个发展阶段。在这场全球科技博弈中,中国实现国产化是正确道路,是势在必行;但同时也要理性思考,目前中国的确解决了光刻机从无到有,但想要短时间内实现反超并非易事,甚至说不太可能。

当下全球芯片制程走向5nm量产,往3nm前进,逐渐逼近物理极限。这也意味着EUV光刻机技术出现革命性进步进入上坡期,需要一定的时间。这无疑是中国加快追赶、减少差距的好机会。