ASML是唯一能制造极紫外光刻机的厂商,芯片制造到底有多难?

如题所述

近年来,中国科技行业受到国外严重打压,尤其是电子芯片成为我国半导体领域最突出的短板。生产芯片最重要的设备是光刻机,世界上先进的光刻机主要由荷兰一家名为阿斯麦(ASML)的公司制造,市场占有率超过80%。其中最先进的极紫外光刻机(EUV光刻),全世界只有ASML一家公司能制造。ASML虽然是一家荷兰的公司,但出口光刻机受到西方国家的严格控制。ASML的大股东包括美国因特尔、台湾积体电路制造(台积电)、韩国的三星、荷兰皇家飞利浦电子公司等等。ASML的股份结构相当复杂,国际上众多大公司参股,使得ASML形成一个庞大的利益共同体。然而,ASML受到《瓦森纳协定》的约束,中国也是被该协定限制的国家之一,一些敏感的设备和技术无法出口到中国。
光刻机是当今世界科技领域的集大成者,是人类当前科技的巅峰产物。ASML之所以能制造最先进的光刻机,也是因为特殊的股权结构,使得ASML能汇集当前各项前沿科技,整合各种零部件。一台光刻机重达几十吨,包含十多万个零部件,每台机器从下单到交付要21个月,单价格超过1亿美元。即便如此,购买者仍然排着长队。数据显示,ASML在2017年交付了12台光刻机,2018年18台,2019年26台,预计2020年达到35台。
电子芯片的发展历程可以追溯到1946年,第一台电子计算机诞生于美国宾夕法尼亚大学。当时研究人员使用了18000个电子管、1万多个电阻和电容、6000多个开关,总重量30多吨,启动时功率高达150千瓦,运算能力为每秒5000次。然而,如今几块钱的掌上计算器的运算能力远远超过当时的电子计算机。芯片的发明者是美国人杰克·基尔比,他在2000年因此获得诺贝尔奖。杰克·基尔比1947年毕业于美国伊利诺斯大学,然后就职于德州仪器,担任研发工程师。他的创新想法是把所有的元器件弄到一块材料上,并相互连接成电路。利用杰克·基尔比发明的芯片,我们可以把一台几十吨的计算机“装进”一个指甲盖大小的体积内,而且运算速度大幅提高,功耗大幅降低。
光刻机的基本原理并不是机密,但其中的零部件不是谁都能制造的,以至于外国人对我们说“即便把光刻机的所有图纸给你们,你们也造不出来光刻机。”制造芯片首先需要用到的材料就是高纯度硅,然后把硅切片得到晶圆,接下来就是高精度的晶圆加工,也是光刻机中的核心技术。光刻机原理并不难,但要生产其中的零件并不容易。光刻机的关键技术物镜制造技术也是一项难以攻克的技术难关。光刻机中的光源也是一项难以攻克的技术难关。对于深紫外光(DUV)刻,使用的光源波长是193nm,这是光刻机中的一个技术分水岭,芯片发展曾经在193纳米光源停滞了十多年的时间,后来浸没技术缩短波长,加上各项技术的改进,最终193nm光源可以把芯片制程推进到28nm,这也是深紫外光刻的极限。极紫外光刻(EUV)使用波长更短的激光(13.5nm),相对于深紫外光刻,需要重新研发刻蚀材料、光刻胶、刻蚀工艺等等,对精度的要求进一步提高,目前只有荷兰ASML一家公司能制造极紫外光刻机。在这样的情况下,中国芯片产业的发展举步维艰,光刻机包含的关键技术太多,一时半会我们是绕不过去的。
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