制約華為製造芯片的光刻機,研製它難在哪裡

製造芯片需要用到光刻技術,一般的光刻工藝要經歷硅片表面清洗烘乾、塗底、旋塗光刻膠、軟烘、對準曝光、後烘、顯影、硬烘、刻蝕等工序。光刻機是其中的關鍵系統,又名掩模對準曝光機,曝光系統,光刻系統等。生產芯片就像沖印照片,光線通過模板聚焦在晶圓表面,晶圓表面的保護膜隨光發生變化,通過腐蝕變化後的部分,剩下的部分就形成電路。

制約華為製造芯片的光刻機,研製它難在哪裡

原理看似簡單,但實現起來非常困難,所以光刻機成為集成電路研製過程中技術集中度最高的核心設備。很多公司可以設計開發芯片,也有很多公司可以製作晶圓,但能生產光刻機的公司寥寥無幾。荷蘭的ASML公司就是其中之一,而這家公司幾乎壟斷了光刻機市場。2017年全球半導體光刻設備廠中,ASML佔有85 %的市場,其次是日本尼康佔10.3 %,佳能佔4.3 %。ASML連續16年穩居第一,它還是全球唯一能提供EUV的半導體設備廠。

制約華為製造芯片的光刻機,研製它難在哪裡

大家很奇怪,為什麼在光刻機市場,世界上只有荷蘭ASML一家獨大,難道Intel、臺積電都沒有實力研究,還是其他什麼原因不願意投入研究。其實ASML是從飛利浦獨立出來的,使用的是德國機械工藝、蔡司鏡頭和美國公司提供的光源,可以說荷蘭ASML公司背靠整個歐美最頂尖的技術支撐,才得以迅速發展。歐美之間有技術共享機制,有了一家頂級的集大成者,因為能買得到最好的技術,其他公司也就不願意再投入研究,再者,光刻機投入巨大並且需要常年的技術積累,荷蘭ASML員工就有23000名,所以很多公司也不願意從頭再來去研製光刻機。

制約華為製造芯片的光刻機,研製它難在哪裡

壟斷必然造成高利潤,2017年ASML單臺EUV平均售價超過1億歐元,2018年一季度的售價更是接近1.2億歐元。就是這樣的高價,英特爾、三星和臺積電也只能從ASML進貨。

而中國僅有的幾個能設計核心芯片的公司,比如華為的待遇就不一樣了,歐美的技術不可能和其他公司共享,所以華為設計出來芯片,也只能委託臺積電加工。

我國也在加緊研製光刻機,2018年底,國家重大科研“超分辨光刻裝備研製”項目通過驗收,該光刻機由中國科學院光電技術研究所研製,光刻分辨力達到22納米,結合雙重曝光技術後,未來還可用於製造10納米級別的芯片。據說正因為此,才讓ASML鬆口,允許出口光刻機給中國。但別以為做出了光刻機就萬事大吉了,制約生產芯片的因素還很多,比如光刻膠。

光刻膠是芯片製造中必不可少的材料,今年1月份,臺積電就因為使用了不合格的光刻膠而報廢了上萬片晶圓,影響到高通、華為、蘋果等客戶的芯片製造,自身損失也超5億美元。

而目前對我們而言,光刻膠更是嚴重依賴進口,國產率不到5%,核心技術基本被日本和美國的企業壟斷,如陶氏化學、JSR株式會社、信越化學、東京應化工業、Fujifilm、韓國東進等企業。

所以更多技術不是短期投入就可以突破,從人才建設到技術積累,都需要時間。不要動不動就說哪個科技巨頭沒落了,哪個技術我們突破了就傲視群雄了,我們需要更加清醒地認識到自己的差距,想要全面趕上世界發展還需要更加努力,也需要全面的技術規劃。


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