你能否想象因光刻機被“卡脖子”的我們,早在20世紀80年代就能做到自主研發光刻機?你又能否想象,在那個時候,如今的光刻機“一哥”ASML甚至還未成立,那么是什么原因使得我們起步早卻落后于人?
今天009就跟大家聊聊光刻機,帶大家看清當下國產光刻機為何處境窘迫的真正原因。
【中芯國際11臺光刻機實現交付】
就在前不久,我國芯片代工企業中芯國際向ASML采購的11臺光刻機終于實現交付,因此不少人認為國產芯即將迎來崛起的曙光,然而令人可惜的是,此次交付的11臺光刻機并不是頂尖的EUV光刻機,而是等級較次的DUV光刻機,它無法做到5nm、3nm芯片的生產,就連7nm芯片生產,都有些玄乎。
畢竟DUV光刻機發光原理和EUV光刻機不同,且兩者的光路系統有著明顯的差異,同時EUV光刻機的光學鏡頭精度也遠比DUV光刻機來得高,在這樣的情況下,使用DUV光刻機生產7nm芯片不僅會使得成本飆升,更是會導致良品率難以控制。
那么既然DUV光刻機無法在芯片自主研發上予以我們幫助,為什么中芯國際不購買EUV光刻機能?
事實上,中芯國際并非不買,而是訂購了,對方卻沒法交付。
【聽命于人的ASML】
早在2018年,中芯國際就向ASML訂購了一臺價值高達1.2億美元的EUV光刻機,然而直至今日ASML都沒能完成交付,原因很簡單,它的主子不讓賣。
時間回到1997年,當時美國能源部攜手諸多科技公司、官方實驗室創建了一個名為“EUV LLC”的聯盟,進行頂尖光源技術共享,在拒絕佳能、尼康等行業領軍企業后,卻邀請ASML加入,讓它獨享技術成果。
可在享受成果的同時,ASML也簽下一些協議,在高端光刻機出口上受到美方的限制,禁止對部分國家出口,我國就是其禁止對象之一,而這也是為什么中芯國際向ASML訂購EUV光刻機,對方卻遲遲不交付的原因。
那既然老美不賣,為什么咱們不自己造?但一切要真有這么容易就好了。
【EUV光刻機有多難造?】
要知道,頂尖的EUV光刻機含有十萬多個零部件,需全球5000家供應商進行供給,其中最精密的部件,單是一開始的研究制造就花費十多年的時間,對此我國工程院院士吳漢明認為,EUV光刻機是全球化的結晶,單憑一個國家或是一個地區想做出了并不現實。
除此之外,還有一個問題我們無法避開,那就是專利。
一旦涉及到美方專利,即便我們制造出光刻機,也有可能因此受到限制,所以我們只能自主研發,但在受到技術封鎖的情況下,自主研發真的有那么簡單嗎?答案顯而易見。
如今,專利限制、技術封鎖是大多數人眼中我國光刻機研發落后于人的主要原因,但事實上我國光刻機研發落后,還和一段塵封的歷史有著直接關系。
【被忘卻的歷史】
20世紀70年代,光刻機因制造技術復雜、難度太高,被國際“巴黎統籌委員會”列為尖端技術產品,對我國實行封鎖禁運,而當時的我們與外界隔絕,根本無法獲得丁點有關光刻機的資料,在這樣的情況下,我國派出清華大學精密儀器系專家徐端頤聯合數百名技術人員從零開始進行圖紙、零部件的設計。
哪怕缺乏這方面的知識,沒有獎金和沒有加班費,可徐端頤團隊仍十分努力地投入研發之中,從光刻機干涉儀可穩頻的氦-氖氣體激光器的研制開始,實現一步步的突破。
最后徐端頤團隊在極其困難的條件下,耗時一年多,于1971年研制出我國第一臺光刻機和分步重復照相機,并投入生產,供應全國半導體行業使用。
這時的徐端頤有了一開始的經驗后,在1975年便投身于“自動對準分步投影光刻機”的研制,在1980年獲得成功,填補了當時我國技術上的空白。這一設備有多厲害,簡單來說,如今只有美國、日本等少數掌握高技術的國家能夠制造!
之后憑借著國內半導體行業發展良好,以及長期研發的基礎,徐端頤又一次的帶領團隊展開更為先進的“分布投影光刻機”的研制,而這種新型光刻機的設計指標,處于當時國際最高水平。
該光刻機研制成功后,不僅通過了國家級的正式鑒定,更是獲得中科院王守武院士的稱贊,而清華大學也憑此成為當時我國唯一能自主研發生產國際一流水平的高端光刻機單位,反觀ASML在這時都還沒“出生”。
由此可見我國光刻機研發起步有多早,可按理說,起步比ASML還早的我們,在光刻機研發上應該有著不小的成就,為什么如今卻落后于人?
事實上,這一切與西方的有著不小的關系。
【西方大國的“陽謀”】
在我國新型光刻機研發取得成功后,1991年3月,我國在北京展開了“首屆全國工業展覽會”,并邀請諸多外國專家前來參展,而在這批外國專家中,大多都是日本與美國的光刻機專家。
他們在驚嘆我國能夠獨立自主研發出光刻機的同時,更是“問東問西”,看到什么不懂就問什么,而當時我國科研人員并沒有“知識產權”的概念,不懂得保密,對外國專家也較為友好,于是便全盤拖出。
然而農夫與蛇的故事又一次的上演,在展會結束,日美兩國專家回國后,國際“巴黎統籌委員會”就宣布取消對我國出口投影光刻機的禁運令。
看到這你或許會想,取消禁令不是好事嗎,但一向利己的西方怎么會無緣無故地取消禁令?還不是因為我們已經掌握了技術,禁令對我們而言無異于一張白紙。
但光是取消禁令對我國光刻機研發并沒有多大影響,低價販賣光刻機,打價格戰才是他們真正的后手!
當時日美兩國對外宣稱可以向我國出口這類光刻機,價格更為實惠不說,且購買后還會歡迎買方前去廠家旅游觀光,來回機票、住宿、旅游費用都由他們承擔。
這招一出堪稱“絕sha”,畢竟那時出國開眼界對于大多數企業家來說有著極大的吸引力,于是清華大學的光刻機訂單接連被取消,使得清華大學研制的光刻機一舉丟失國內市場,而在沒有市場前景的情況下,徐端頤團隊的付出可以說是全部白費,我國光刻機研發也就此止步不前。
之后徐端頤團隊不再致力于光刻機研發,國內企業家更是秉持著“造不如買”的理念,在此消彼長的情況下,我們光刻機與國外光刻機間的差距也越來越大,而這也是如今國產光刻機研發落后的真正原因。
不過即便我國光刻機研發經歷了這么一段灰暗的時光,但我們仍有著實現趕超的可能!
【國產光刻機研發的希望】
要知道,光刻機有著三大核心部件,分別是EUV光源、雙工件臺以及光學鏡頭,而在EUV光源方面,此前全球只有美國和德國掌握著相應的EUV光源解決方案,但今年2月清華團隊便對外宣布新型SSMB光源技術測試成功。
相較美德兩國所掌握的光源技術,SSMB光源技術更為穩定,且功率更大,如果屆時成功應用在光刻機上,那么我們面臨的EUV光源瓶頸將不復存在。
除此之外,在三大核心部件中,制成難度最大、技術壁壘最高的雙工件臺上,我們也獲得了突破!
就在前不久,清華團隊攜手華卓精科自主研發出雙工件臺,而這一技術在此前一直被ASML牢牢握在手中。
看到這或許會有人認為清華團隊與華卓精科研制的雙工件臺是仿制ASML的,但事實上,該雙工件臺全由我國科研團隊自主研發生產,在技術水準、芯片制成高度上,足以比肩ASML的產品。
這并非009信口胡言,如今上海微電子的28nm侵入式光刻機,用的就是這款雙工件臺,而在實際應用中,該工件臺在高速運行下,理論上能夠符合2nm芯片的制作要求。
當然,在沒有解決光學鏡頭以及其他零部件的情況下,即便我們在光源以及雙工件臺上獲得突破,也無法實現2nm芯片的研制生產,不過基于我國在這兩方面的突破,我們有理由也有底氣去相信,在不久的將來光學鏡頭將不再是我們的難題。
而對此ASML總裁溫彼得就曾表示,如果西方持續對中國進行技術封鎖、出口限制,那么不出15年,中國就能徹底實現科技自主。
對于大多數人來說,15年確實是一個漫長的時間,但對于一個國家而言,這個時間值得付出,如果我們因為太晚而不去研發的話,那么在往后面對同樣的問題時,我們再想研發又將面臨著怎樣的差距?
回望古今,此前的我們有著足夠的實力在光刻領域和西方國家掰手腕,哪怕在經歷一些事情使得研發落后,在國內科研人員的努力奮斗下,我們也一步步的實現追趕,雖說如今我們與西方芯片強國仍有不小的差距,但這個差距終究會不斷縮小!
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(2023年3月)
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