光刻机尘埃落定?荷兰正式宣布,外媒:ASML“闹剧”结束了

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芯片,是驱动现代人类数字生活的大脑,纳米尺寸上,无数条错综复杂的集成电路就是它的神经元,而这每一个“神经元”,都是由上百亿个晶体管搭建而成,如何在沙子之上雕刻碉楼大厦?

除了上帝之手,人类也发明了一个工具,被命名为了光刻机。

根据路透社近日的新闻报道,荷兰ASML公司将在本月初正式宣布对我国的光刻机出口制裁,这也亮明了荷兰将正式加入了美国对华的芯片制裁大军。

而荷兰的这一项决定,对于我国的电子芯片领域来说,无疑是一次沉重的打击。

那么ASML公司到底有什么能力,能让我国如此依赖?而我国当前为何就不能够生产出自己的光刻机?

“从小作坊到成为行业霸主”

在当前的科技体系下,光刻机有DUV和EUV两个版本,DUV光刻机的光源波长是193纳米,这个版本的光刻机系统较为成熟,就连我国也能够系统批量的进行生产,并一度达到了90纳米的精度。

而EUV光刻机则完全不同,可以说是DUV的全面升级版本,不仅在设备工艺上和技术要求上有了更大的提升,而且在光源波长上,更是精进到了13.5纳米。

而有了如此小的光源波长,就能够让光刻机做到小于5纳米的精度,来进行芯片生产。

精度越高的光刻机,它就能够生产出纳米尺寸更小,功能更强大的芯片,这样的EUV光刻机,只有荷兰的ASML公司所拥有。

而这样的一台EUV光刻机的售价,就达到了10亿美元,尽管如此的高昂价格,仍是供不应求。

那么ASML公司是如何能够做到掌握如此尖端科技的?

冷战时期,在那样一个特殊的时代背景下,美苏展开了疯狂的军备竞赛,而在军事力量的背后,自然是科技的支撑,为此,美国不计成本的投入大量的资金,来对各种新技术进行研发。

在这其中,电子技术的微型化,就是一个重要的研发方向,国家的政策影响着企业的方向,有了政府的预算支持,不少科技企业纷纷投身于电子技术微型化的研究。

很快,美国就研发出了世界上的第一块集成电路,这让欧洲国家对此十分眼热,各个国家都纷纷派出代表,前往美国对新技术进行学习。

其中就包括荷兰的飞利浦公司,这家公司所生产的产品,至今被全球各个国家的人们所使用,就不多介绍了。

当时飞利浦公司的工程师在美国了解完集成电路后,在返回荷兰后表示自己也可以制造,于是飞利浦公司决定自己也要制造芯片。

而制造芯片自然需要光刻机,于是飞利浦公司便投入到了光刻机的自行研发中,然而在真正的研发之后,飞利浦公司才发现自己低估了光刻机的难度。

首先就是光刻机是一个超高技术含量的工程,需要大量的工程师投入其中,而这所需要的资金自然也是一笔天文数字,而在当时,即使研发出了光刻机,也抢不过已经早就占据好市场的美国。

面对这样的情况,飞利浦公司打算砍掉光刻机研发项目,正在这时,荷兰的ASM公司找到了飞利浦,表示希望能够与飞利浦公司合作光刻机项目,而这个ASM公司,是一个十足的小作坊式公司,甚至老板也兼任工程师。

这在飞利浦看来,这是一个不错的“接盘侠”,如果成了都有好处,如果失败了,飞利浦公司也不亏。

于是飞利浦公司出资210万,与ASM联合成立了日后鼎鼎大名的ASML公司。

而此时,市场已经被美国占据,ASML即使研发出了光刻机,也没法和美国进行争抢,特别是光刻机这样的尖端科技,向来是只有第一名,没有第二名的。

于是ASML公司决定直接放弃当时的光刻机研发,跳过当下市场上的光刻机版本,反正都要从零起步,不如直接从第二代光刻机开始。

这样的跳跃思维虽然很值得称赞,但离开了第一代光刻机的参照,起步是非常困难的,于是ASML公司决定要吸纳更多的工程师人才。

很快,ASML公司因为是和飞利浦公司合资的原因,于是他们打着飞利浦公司的旗号,来去各个大学内进行招聘,不少的优秀学生一听是飞利浦公司,便纷纷投去了简历,而ASML公司也因此迅速的获得了一大批人才。

1984年,ASML公司就研发出了名为PAS2500的光刻机,它无论是精度上还是技术含量上,都远超当时市面上的光刻机,很快就抢占了美国所拥有的市场,而这也为ASML公司,打开了局面。

而在这之后,ASML公司就凭借着领先一步的光刻机技术,占据着光刻机市场的主要份额。

然而,光刻机的技术难度是精度越大,就越难精进,即使是ASML公司,在后来也只能将光刻机的光源波长134纳米,再难进步。

而随后其它的公司也很快追了上来,虽然没有到ASML公司134纳米的程度,但也在很大程度上有所接近。

面对这样的情况,1997年,美国国家牵头,成立了一个EUV联盟,联盟成员包括美国的三大国家实验室,还有英特尔、AMD等半导体巨头。

而对于光刻机来说,它的每一次迭代,就意味着逼近物理学的极限,因此如果没有行业尖端企业的加入,是很难取得进步的。

而此时ASML公司在得知了美国成立联盟之后,也表明自己很想加入进去,来进行EUV光刻机的研发,但ASML毕竟是外国企业,这让美国政府很难放心。

于是ASML保证自己一半的产品零部件都从美国进购,并且定期接受美国的检查,防止技术外泄。

但即使有这么多科技巨头的尖端科学家们参与研发,但也只是在理论上验证了EUV光刻机的可行性,但别小看这理论上的验证,这就花了整整六年。

这其中所投入的资金更是不计其数,为此ASML采用了联合投资,共担风险的方式,如果制造成功,便会将EUV光刻机优先提供给投资企业,于是台积电、三星和英特尔,纷纷进行投资。

2015年,EUV的量产样机正式发布,先前投资的三家企业,也因此一跃成了芯片大厂,而ASML公司,也凭借着超越时代的EUV光刻机,稳坐王座。

“道阻且长的中国光刻机研发”

2020年,美国正式宣布了对我国企业华为,实施技术封锁,导致华为的麒麟芯片的生产一度陷入到了停摆的局面,有能力研发芯片,却无能力生产芯片,成为了中国在芯片领域上的痛。

这个时候就会出现一些声音说道:“原子弹那么难,我们都自己搞出来了,一台机器能有什么难?”

实际上,早在1977年,我国就自主研发出了一台光刻机,并在三年后,由清华大学将该台光刻机的精度提升到了三微米,而在当时,ASML公司甚至都还没有成立。

然而为何我国起步这么早,光刻机的技术水平还远不如它国?

其中最主要的原因就在于光刻机本身,它的难度并不在于生产制造,我国完全有自主生产光刻机的能力,但是却无法做到能够跟上时代的迭代进步。

比如当前我国能够量产的光刻机有90纳米,已经研发的就已经可以达到22纳米的精度,但比起ASML公司恐怖的5纳米级别,自然是差得远。

而另一个原因就是在于其它国家对于中国的制裁。

在美国的EUV联盟成立的前一年,也就是1996年,在美国的牵头下,三十三个西方国家在奥地利签署了《瓦森纳协定》

在这个协定中,规定了军事武器和先进材料、电子器件等领域,实施限制出口的方式,而当初这个协定中却没有明确规定限制对哪个国家的出口。

这就导致了这个协定具有很大的松散性和可操控性,而作为牵头人的美国,就可以在此次协定上大做文章。

就比如当年捷克曾经想向我国出口军事设备,但捷克同样也是《瓦森纳协定》的签署国之一,于是在美国的施压下,迫使了捷克停止向我国的军事设备出口。

而讲完了外部因素,再来说一说光刻机之所以难以研发的内部因素。

光刻机通俗来讲就是采用投影的方式,它的核心就在于制造一个放大的透光的模子,把想要的集成电路给印在模子上,再让光通过这个模子照射在硅片之上,这样就能够在硅片上得到自己想要的集成电路。

但不同的光,进行照射后,所得到的纳米精度也不一样,于是紫外光就进入了工程师的视野,紫外光的波长可以达到193纳米,这对于当时来说,无疑是最好的光刻机用光,这也就是后来的DUV光刻机用的光。

但人类对极限的追求从来没有停止,科学家们发现通过将紫外线来击打液态金属锡,就可以得到13.5纳米的紫外光,这就是现如今EUV光刻机所用到的光。

但这样听着容易,做起来就难的多,首先就是这个金属锡仅有二十微米大,并且运动轨迹是滴落状态,最重要的是要对这金属锡在一秒内,实现不低于五万次的击打,才能够得到EUV所需要的光。

仅获取光源这一项,就对我国的科学技术提出了不小的要求,但光解决了光还不行,光是沿直线传播,这就需要做出一面足够“光滑”的镜子,来折射紫外线,保障光能够精准的打在芯片上。

然而在实际情况下,每一次的反射光源,都会损失一定量的光强,那么就需要极其“光滑”的镜子来确保光强。

而生产EUV镜子的公司是来自德国的蔡司公司,它所生产的这扇镜子,被称之为“宇宙中最为光滑的结构”。

到此为止,我们不难看出,对于生产先进的光刻机来说,所需要的材料和学技术,对于我国来讲都是不小的挑战。

而另一方面,ASML公司虽然能够生产EUV光刻机,但实际上,ASML公司也是依靠着全球数家顶尖企业,来负责为它生产相应的尖端配件,才能保证EUV光刻机的正常运行。

可以说ASML公司能够拥有EUV光刻机,其实是全球顶尖企业共同努力才得到的结果。

然而我国却遭到了这些企业的抵制,当下,我国并没有能力在各个行业都做到行业顶尖,因此在某些方面就必须要依赖于国外的进口,这对于我国自主研发光刻机来说,无疑是非常致命的。

事实上,在美国刚开始对我国实施芯片制裁的时候,我国还可以依赖台积电和荷兰ASML公司,来保证我国的芯片供给,然而靠他国的援助自然无法获得长久的安稳。

特别是近日荷兰的ASML公司也要宣布对我国采取制裁,这也让我国认清了现状,只靠别人是根本靠不住的,关键时刻还是只能靠自己。

因为这就对我国提出了更大的机遇,但也是挑战。

因为芯片发展的受限,我国就需要加大光刻机的投入,来摆脱这样的局面,如果能够成功,我国就可以在很大程度上获得芯片的自主权,彻底摆脱掉西方国家在光刻机领域卡脖子的现状。

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页面更新:2024-02-28

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