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面對(duì)壟斷，自主研發(fā)光刻機(jī)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代勢在必行

[2017/8/11]

    光刻機(jī)作為芯片生產(chǎn)中最核心的設(shè)備，是大陸芯片生產(chǎn)設(shè)備制造的最大短板。不少人會(huì)將光刻機(jī)和刻蝕機(jī)搞混，其實(shí)，光刻機(jī)的工作原理是用光將電路結(jié)構(gòu)臨時(shí)“復(fù)制”到硅片上，而刻蝕機(jī)是按光刻機(jī)刻出的電路結(jié)構(gòu)，刻出溝槽的設(shè)備，是在芯片上做減法，與之相應(yīng)的是做加法（鍍膜）。

全球最大芯片光刻設(shè)備市場供貨商阿斯麥(ASML)近日公布2017第二季財(cái)報(bào)：ASML第二季營收凈額21億歐元，毛利率為45%。在第二季新增8臺(tái)EUV系統(tǒng)訂單，讓EUV光刻系統(tǒng)的未出貨訂單累積到27臺(tái)，總值高達(dá)28億歐元。公司現(xiàn)在年產(chǎn)12臺(tái)，2018年將增加到24臺(tái)，2019年達(dá)到年產(chǎn)40臺(tái)的產(chǎn)能。

但就是這樣單價(jià)超1億美元的昂貴設(shè)備，他們卻不賣給中國！

有網(wǎng)友說：全球就只有他家能生產(chǎn)的出來，沒有人做的出來。而且還不賣給中國。中國出多少錢都不賣。毛利1000%都可以。這個(gè)是在芯片里面畫電路的，都是幾納米，大概是頭發(fā)絲的萬分之一大小電路，你說牛B不。

到底是什么光刻設(shè)備這么牛，為什么又不能賣給中國呢？

什么是光刻機(jī)？

對(duì)于普通人來說，光刻機(jī)或許是一個(gè)陌生的名詞，但它卻是制造大規(guī)模集成電路的核心裝備，每顆芯片誕生之初，都要經(jīng)過光刻技術(shù)的鍛造。

簡單地說，光刻機(jī)就是把工程師的設(shè)計(jì)‘印入’基底材料，其核心技術(shù)長期被荷蘭、日本、德國等把持。

光刻機(jī)是芯片制造的核心設(shè)備之一，按照用途可以分為好幾種：有用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī);有用于封裝的光刻機(jī);還有用于LED制造領(lǐng)域的投影光刻機(jī)。用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)是中國在半導(dǎo)體設(shè)備制造上最大的短板，國內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口。

目前，光刻機(jī)領(lǐng)域的龍頭老大是荷蘭ASML，并已經(jīng)占據(jù)了高達(dá)80%的市場份額，壟斷了高端光刻機(jī)市場--最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)售價(jià)曾高達(dá)1億美元一臺(tái)，且全球僅僅ASML能夠生產(chǎn)。Intel、臺(tái)積電、三星都是它的股東，重金供養(yǎng)ASML，并且有技術(shù)人員駐廠，Intel、三星的14nm光刻機(jī)都是買自ASML，格羅方德、聯(lián)電以及中芯國際等晶圓廠的光刻機(jī)主要也是來自ASML。

ASML：現(xiàn)代芯片不可或缺的支持者

阿斯麥公司ASML Holding NV創(chuàng)立于1984年，是從飛利浦獨(dú)立出來的一個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備制造商。前稱ASM Lithography Holding N.V，于2001年改為現(xiàn)用名，總部位于荷蘭費(fèi)爾德霍芬，全職雇員12，168人，是一家半導(dǎo)體設(shè)備設(shè)計(jì)、制造及銷售公司。

阿斯麥公司為半導(dǎo)體生產(chǎn)商提供光刻機(jī)及相關(guān)服務(wù)，TWINSCAN系列是目前世界上精度最高，生產(chǎn)效率最高，應(yīng)用最為廣泛的高端光刻機(jī)型。

目前全球絕大多數(shù)半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商，都向ASML采購TWINSCAN機(jī)型，例如英特爾，三星，海力士，臺(tái)積電，聯(lián)電，格芯及其它半導(dǎo)體廠。隨著摩爾定律的發(fā)展，芯片走向了7nm以下，這就需要更高級(jí)的EUV光刻系統(tǒng)，全球只有ASML的NXE：3400B能夠滿足需求。

未來，只有他的EUV光刻機(jī)能夠幫助芯片接續(xù)微縮，因此這些設(shè)備縱使賣到上億歐元，都能被客戶所接受。

為什么不賣給中國？

作為集成電路制造過程中最核心的設(shè)備，光刻機(jī)至關(guān)重要，芯片廠商想要提升工藝制程，沒有它萬萬不行，中國半導(dǎo)體工藝為啥提升不上去，光刻機(jī)被禁售是一個(gè)主要因素。

這么昂貴的設(shè)備，為什么不賣給中國呢？這就要提到《瓦森納協(xié)定》。

《瓦森納協(xié)定》又稱瓦森納安排機(jī)制，全稱為《關(guān)于常規(guī)武器和兩用物品及技術(shù)出口控制的瓦森納安排》，目前共有包括美國、日本、英國、俄羅斯等40個(gè)成員國(注：沒有中國)。盡管“瓦森納安排”規(guī)定成員國自行決定是否發(fā)放敏感產(chǎn)品和技術(shù)的出口許可證，并在自愿基礎(chǔ)上向“安排”其他成員國通報(bào)有關(guān)信息。但“安排”實(shí)際上完全受美國控制。當(dāng)“瓦森納安排” 某一國家擬向中國出口某項(xiàng)高技術(shù)時(shí)，美國甚至直接出面干涉，如捷克擬向中國出口“無源雷達(dá)設(shè)備”時(shí)，美便向捷克施加壓力，迫使捷克停止這項(xiàng)交易。

不過據(jù)說這個(gè)協(xié)定對(duì)中國也不是完全禁售，只是禁售最新的幾代設(shè)備。瓦森納協(xié)議每過幾年都會(huì)更新禁售列表，比如2010年90nm以下的設(shè)備都是不允許銷售的，到2015年就改成65nm以下的了。

中外光刻機(jī)的巨大差距

光刻機(jī)被業(yè)界譽(yù)為集成電路產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，研發(fā)的技術(shù)門檻和資金門檻非常高。也正是因此，能生產(chǎn)高端光刻機(jī)的廠商非常少，到最先進(jìn)的14nm光刻機(jī)就只剩下ASML，日本佳能和尼康已經(jīng)基本放棄第六代EUV光刻機(jī)的研發(fā)。

相比之下，國內(nèi)光刻機(jī)廠商則顯得非常寒酸，處于技術(shù)領(lǐng)先的上海微電子裝備有限公司已量產(chǎn)的光刻機(jī)中性能最好的是90nm光刻機(jī)，制程上的差距就很大……國內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口。

這不僅使國內(nèi)晶圓廠要耗費(fèi)巨資購買設(shè)備，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和自主技術(shù)的成長也帶來很大不利影響--ASML在向國內(nèi)晶圓廠出售光刻機(jī)時(shí)有保留條款，那就是禁止用ASML出售給國內(nèi)的光刻機(jī)給國內(nèi)自主CPU做代工--只要中芯國際、華力微等晶圓廠采購的ASML光刻機(jī)，雖然不影響給ARM芯片做代工，但卻不可能給龍芯、申威等自主CPU做代工、商業(yè)化量產(chǎn)。即便是用于科研和國防領(lǐng)域的小批量生產(chǎn)，也存在一定風(fēng)險(xiǎn)--采用陶瓷加固封裝、專供軍用的龍芯3A1500和在黨政軍市場使用的龍芯3A2000，只能是小批量生產(chǎn)，而且在宣傳上 也只能含糊其辭的說明是境內(nèi)流片……這很大程度上影響了自主技術(shù)和中國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

中國的光刻機(jī)發(fā)展水平如何

2016年，清華大學(xué)召開了“光刻機(jī)雙工件臺(tái)系統(tǒng)樣機(jī)研發(fā)”項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)，專家組對(duì)項(xiàng)目任務(wù)完成情況予以高度評(píng)價(jià)，并一致同意該項(xiàng)目通過驗(yàn)收。

工件臺(tái)系統(tǒng)是光刻機(jī)的重要子系統(tǒng)，工件臺(tái)系統(tǒng)的運(yùn)行速度、加速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)的定位建立時(shí)間對(duì)光刻機(jī)的生產(chǎn)精度和效率起著至關(guān)重要的作用。本次“光刻機(jī)雙工件臺(tái)系統(tǒng)樣機(jī)研發(fā)”項(xiàng)目驗(yàn)收，標(biāo)志中國在雙工件臺(tái)系統(tǒng)上取得技術(shù)突破，但這僅僅是實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)國產(chǎn)化萬里長征的一部分，距離打破ASML的技術(shù)壟斷還有很長的路要走。

日前，“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”國家科技重大專項(xiàng)實(shí)施管理辦公室組織專家，在中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所召開了“極紫外光刻關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)。評(píng)審專家組充分肯定了項(xiàng)目取得的一系列成果，一致同意項(xiàng)目通過驗(yàn)收，認(rèn)為該項(xiàng)目的順利實(shí)施將我國極紫外光刻技術(shù)研發(fā)向前推進(jìn)了重要一步。

極紫外光刻光學(xué)技術(shù)代表了當(dāng)前應(yīng)用光學(xué)發(fā)展最高水平，作為前瞻性EUV光刻關(guān)鍵技術(shù)研究，項(xiàng)目指標(biāo)要求高，技術(shù)難度大、瓶頸多，創(chuàng)新性高，同時(shí)國外技術(shù)封鎖嚴(yán)重。

因此我們看到，中國也是取得了很大的進(jìn)步的。但是中國想要趕上，絕不是一朝一夕的事，需要各類基礎(chǔ)領(lǐng)域扎實(shí)的人才，這也是最難的。