光刻机有限,中芯国际晶圆厂耽误了,为什么不用国产光刻机呢?
前段时间,中芯国际表示,由于难以获得先进的晶圆制造设备,其在北京的新工厂未能达到预期目标。
虽然中芯国际没有具体说明设备类型,但据推测,受限设备来自ASML的DUV浸没式光刻机。
自2024年12月中芯国际被列入实体清单以来,未经美国商务部许可,公司不得向实体清单上的公司提供设备和零件。
而这份名单中就包括了荷兰的ASML,它是世界领先的光刻机制造商,也是EUV光刻机的唯一制造商。
那么问题来了:既然买不到ASML的光刻机,为什么不用上海微电子的国产光刻机呢?
ASML的光刻机有多强?
ASML,中文名称Esmore,成立于2024年,总部位于荷兰埃因霍温,是全球最大的半导体设备制造商,也是全球唯一的EUV光刻机制造商。
*世界第一。
2024年,全球共生产光刻机478台,比2024年增加65台,增幅为15%。 其中,ASML生产了309台,占比65%。
在中高端市场(DUV光刻机),出货量为103台,占市场份额的93%6%,高端EUV光刻机出货42台,全部由ASML制造。
据**介绍,到2024年,全球光刻机出货量将达到510台,ASML将继续领跑。 仅ASML就将继续交付50多台EUV光刻机。
从交付数量可以看出,ASML是光刻机领域真正的领导者,将日本的尼康和佳能远远甩在身后。
销售额世界第一。
2024年,全球光刻机市场份额为1076亿,仅ASML就达到854亿,占比79%。
2024年1月25日,ASML公布2024年业绩,全年营收1562亿元,同比增长138%。净利润412亿元,创历史新高。
虽然 2022 年全球光刻机销量尚未公布,但 ASML 的销售份额预计将继续增加。
技术更强大。 在技术方面,ASML也是领导者。
在所有半导体设备中,EUV光刻机的技术含量最高,其制造商仅为ASML,这体现了ASML在技术方面的实力。
有人可能会说,ASML只是一个只有10%技术的大型装配厂。 但是,这10%的技术含量不容小觑。
ASML的EUV光刻技术主要是极紫外(EUV)技术。
EUV光刻光源使用135nm的极紫外光,这种光在自然界中是不存在的,只能人工制造。
第一步是准备一个30kw的大功率激光发射器,可以发射频率高达50,000hz的高频激光器。
接下来,准备一个带有特殊喷嘴的装置,可以将熔融锡滴的直径减小到20微米左右,相当于:"人类头发直径的三分之一"。
最后的过程是确保第一道激光精确地击中掉落的锡滴,第二道激光再次击中锡滴,激发极强的紫外光。
这个过程最困难的部分是持续的高精度和准确度。
该光源设备最初由美国Cymer公司制造,后来被ASML收购,成为极紫外光源技术的垄断者。
最大的产业链。
ASML的产业链也极其庞大,极紫外光刻零件多达10万件,仅一流供应商就近2000家,其中不乏蔡司、东京化学等行业巨头。 甚至许多公司都为进入ASML链而感到自豪。
下游应用企业包括台积电、三星、英特尔、UMC、GECHIP、中芯国际等众多芯片制造巨头。
为我们的手机提供动力的苹果仿生、高通骁龙、华为麒麟、联发科天宇等,都离不开ASML的光刻机。
在组装方面,ASML也有很大的优势。
一台 EUV 光刻机有 100,000 个零件、40,000 个螺丝、2 公里长的软管、3,000 根电缆和数吨镜头。 这些部件连接得如此紧密,以至于其中任何一个部件出现问题都可能导致整个机器失控。
在安装过程中,列车通过时会产生 10-20 Hz 的振动,这可能导致设备故障。
这就是为什么需要一个强大的装配团队。 ASML的组装团队由数万人组成,仅在中国就有1300多人。 这些装配工不仅素质高,而且每年都要接受广泛的培训。
ASML目前正在开始建设新一代光刻系统,即Highnaeuv光刻系统。
该光刻系统的数值透镜孔径将达到055Na,具有更高的分辨率和更高的生产率。 据说未来将有每小时220片晶圆的生产速度。 届时,ASML将更加强大。
在光刻机领域,ASML是如此强大,以至于它傲慢地表示:"即使设计公开,中国也无法制造光刻机"。
现在,在美国的压力下,ASML不仅拒绝向大陆企业提供EUV光刻机,甚至DUV光刻机也开始受到限制。
中芯国际是内地领先的芯片代工厂,该公司承认,由于设备问题,其北京晶圆厂无法投产。 那么,中芯国际为什么不使用国产光刻机呢?
国产光刻机的水平如何?
国内光刻机的龙头企业是上海微电子设备公司(SMEC),该公司成立于2024年3月,由上海**和中科院领导,现已能够批量生产90纳米光刻机。
那么,上海微电子和ASML有什么区别呢?
技术差异。 上海微电子生产的90纳米光刻机可以生产90纳米芯片,重复光刻机理论上可以生产45纳米芯片,但良品率会明显下降。 ASML生产的EUV光刻机可以生产3nm芯片。
45纳米芯片比3纳米芯片落后5代,需要几十年的时间才能赶上。
在具体核心技术方面,ASML领先于先进的EUV技术,拥有大量专利,而上海微电子则没有。
此外,在组装技术方面,上海微电子只能算是"入门级",ASML绝对重要"专业级"这种差距不是短时间内可以拉平的。
生态差距。 很多人认为只有软件和操作系统才有所谓的生态,但实际上硬件设备也有生态。
芯片制造设备不仅限于光刻,还有涂布、CVD、测试、清洗等十几种设备。
如果不能将它们结合起来,整个芯片制造过程的工作量将增加数倍。
ASML的光刻机广泛应用于硅晶圆制造领域,长期以来一直与领先制造商生产的其他设备兼容匹配。
除了硅片、掩膜、光刻胶、CMP浆料、高纯液体等半导体材料外,ASML的光刻机也可以与之兼容,上海微电子在这些方面还需要下功夫。
* 链条中的间隙。
国产光刻机在第一链上也存在先天不足。
早在2024年,上海微电子研发出90纳米光刻机并开始被接受,但直到2024年才宣布,为什么?
因为,当时设备使用的是德国蔡司镜头,蔡司突然被勒令停止向上海微电子供货。
没有蔡司的**,国产镜头无法满足要求,只能推迟上市。 不少网友认为,一个小镜头就能卡住国产光刻机的脖子
其实,不要小看这个小镜头,它的数值光圈是093Na,分辨率为90纳米,平整度要求极高,几十公里的卷曲不能超过一毫米。
为了开发出这种镜头组件,长春国科精密光学花了将近10年的时间才开发成功。
2024年,该镜头组件成功安装在上海微电子的光刻机上,并经过测试,符合相关要求。
除了透镜之外,还有大约100,000个零件,如光源、工作站和精密轴承,需要由不同的供应商来解决。
据介绍,ASML拥有来自欧美日韩的约2000家**公司,上海微电子已被列入美国商务部名单"实体清单",只能使用国产元器件,这大大减少了其**链条。
此外,上海微电子光刻机的稳定性不如ASML,稳定性与芯片的良率有关。 没有人希望自己的晶圆在生产过程中因为设备问题而毁掉。
总的来说,国产光刻机在技术、生态、链条、稳定性等方面都落后于ASML,掌握EUV光刻技术并达到ASML水平还需要很长时间。
此外,中芯国际的北京晶圆厂生产28纳米工艺芯片,目前只有荷兰的ASML和日本的尼康公司能够满足这些芯片的需求。
这也是中芯国际等国产芯片代工厂不愿意选择国产光刻机的主要原因。
中芯国际如何解决这个问题?
要解决晶圆制造问题,中芯国际必须融入全国光刻产业链。 如果大家不使用上海微电子的光刻机,如何测试它的水平,找出它的缺点呢?
上海微电子的设备卖不出去,赚不到钱,研发高品质的光刻机也拿不到更多的钱,更别说解决国产晶圆的设备问题了。
这就是为什么中芯国际仍然必须优先考虑90纳米晶圆制造领域的国产设备。
克服缺点,拒绝炫耀自己的技能。
前段时间网上有传言称,上海微电子已经研发出28纳米光刻机、14纳米光刻机,甚至还有7纳米光刻机即将量产。
事实上,在光源系统、镜头、浸入式、双工作站等基础技术上还存在较大差距。 要完全掌握这些技术,还需要花费大量的人力、物力、财力和时间。
同时,我们在稳定性方面远远落后于ASML,这迫使我们加强售后服务和装配技术。
持续研发,心无旁骛。
研发工作最能避免浮躁和间歇性。 一看到能买到,我就想放弃研发,想着"购买胜于建造"。然而,当你放弃武功时,各种压抑就会接踵而至。
科技没有捷径,也没有所谓的"弯道超车"只有持续的投入和持续的研发。 只有持续的投入,持续的研发,甚至几十年。
政治支持,重点实现重大项目。
政治支持有多重要?让我们以日本为例。
在日本半导体快速发展之前,他们依靠美国的支持和授权。 美国**提供支持和授权的最初目的是支持日本对抗苏联。
三菱和京都电机获得仙童的授权,国际贸易和工业部(MITI)制定了相关政策,并创建了NEC、日立、富士通、东芝和三菱电机等组织"大规模集成电路技术研究组合"。
从那时起,日本的半导体产业发展迅速,甚至超过了美国。
2024年,美国对日本半导体发起了第一次301调查,2024年,日本被迫签署《日美半导体协定》。
此后,日本半导体产业迅速下滑,市场份额从53%的峰值下降到7%。 前段时间,世界领先的半导体设计和制造公司在日本无处可寻。
我们可以看到,政治对芯片的影响确实太大了。
如果能够出台持续正确的产业政策,国内硅片的复苏指日可待。
光刻技术有限,中芯国际投入巨资建厂却无法投产,这是国内光刻技术落后造成的。
如果能够正视自身不足,加大研发力度,配合相应的政策,相信国产光刻技术将会有很大提高。
同时,我们集成电路企业也要支持使用国产光刻机,发现问题,解决问题。