只值1亿美元的机器,100亿都不卖给中国,中国取得了重大突破!

摘要: CPU芯片是电脑的心脏,也是各种电子产品的要点,而芯片制造是我国之后占领高科技制高点的要点。

08-30 05:43 首页 航空制造网

来源:机械前沿

全文共 2780字,阅读需要6分钟



CPU芯片是电脑的心脏,也是各种电子产品的要点,而芯片制造是我国之后占领高科技制高点的要点。目前,中国的芯片主要靠进口,每年进口的芯片量和价值不菲,可以说未来战争打的就是硅战争,如果国外一旦切断对中国输出芯片,那中国的高科技产品面临着无以为继的境地。


全球最大芯片光刻设备市场供货商阿斯麦(ASML)近日公布2017第二季财报:营收净额21亿欧元,毛利率为45%。在第二季新增8台EUV系统订单,让EUV光刻系统的未出货订单累积到27台,总值高达28亿欧元。公司现在年产12台,2018年将增加到24台,2019年达到年产40台的产能。


其中最高端的产品单价超1亿美元,然而他们却不卖给中国。到底是什么光刻设备这么牛,为什么又不能卖给中国呢?


到底什么光刻设备这么牛?

先看视频了解一下

没wifi的可以直接阅读文字,不影响。


什么是光刻机?

光刻机是芯片制造的核心设备之一,按照用途可以分为好几种:有用于生产芯片的光刻机;有用于封装的光刻机;还有用于LED制造领域的投影光刻机。用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口,今年早些时候厦门企业就从荷兰进口光刻机用于芯片生产。



在高端光刻机上,除了龙头老大ASML,尼康和佳能也曾做过光刻机,而且尼康还曾经得到过Intel的订单。但是近些年,尼康在ASML面前被打的毫无还手之力,高端光刻机市场基本被ASML占据——即便是尼康最新的Ar-F immersion 630卖价还不到ASML Ar-F immersion 1980D平均售价的一半,也无法挽回败局。


原因何在?一方面是Intel新CEO上台后,不再延续与尼康的620D合同,这使得尼康失去了一个大客户。另一方面,也和尼康自身技术实力不足有关,尼康的光刻机相对于ASML有不少瑕疵,在操作系统上设计的架构有缺陷,而且尼康的光刻机的实际性能和尼康官方宣传的有不小差距,这使得台积电、Intel、三星、格罗方德等晶圆大厂不可能为了省一点钱去卖有瑕疵的产品。

目前,尼康的高端光刻机基本被ASML吊打,主流半导体产线中只有少数低阶老机龄的光刻机还是尼康或者佳能,其他基本都是ASML的天下。某种程度上,尼康的光刻机也只能用卖的超级便宜来抢市场了。那么,卖的到底有多便宜呢?


用数据来说话,ASML的 EUV NXE 3350B 单价超过1亿美元,ArF Immersion售价大约在7000万美元左右。相比之下,尼康光刻机的单价只相当于ASML价格的三分之一。


光刻机工作原理             




下面,简单介绍一下图中各设备的作用:

  • 测量台、曝光台:是承载硅片的工作台。

  • 激光器:也就是光源,光刻机核心设备之一。

  • 光束矫正器:矫正光束入射方向,让激光束尽量平行。

  • 能量控制器:控制最终照射到硅片上的能量,曝光不足或过足都会严重影响成像质量。

  • 光束形状设置:设置光束为圆型、环型等不同形状,不同的光束状态有不同的光学特性。

  • 遮光器:在不需要曝光的时候,阻止光束照射到硅片。

  • 能量探测器:检测光束最终入射能量是否符合曝光要求,并反馈给能量控制器进行调整。

  • 掩模版:一块在内部刻着线路设计图的玻璃板,贵的要数十万美元。

  • 掩膜台:承载掩模版运动的设备,运动控制精度是nm级的。

  • 物镜:物镜用来补偿光学误差,并将线路图等比例缩小。

  • 硅片:用硅晶制成的圆片。硅片有多种尺寸,尺寸越大,产率越高。题外话,由于硅片是圆的,所以需要在硅片上剪一个缺口来确认硅片的坐标系,根据缺口的形状不同分为两种,分别叫flat、notch。

  • 内部封闭框架、减振器:将工作台与外部环境隔离,保持水平,减少外界振动干扰,并维持稳定的温度、压力。



在加工芯片的过程中,光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段,将光束透射过画着线路图的掩模,经物镜补偿各种光学误差,将线路图成比例缩小后映射到硅片上,然后使用化学方法显影,得到刻在硅片上的电路图。一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片,线路图的层数越多,也需要更精密的曝光控制过程。


为什么不卖给中国?       


作为集成电路制造过程中最核心的设备,光刻机至关重要,芯片厂商想要提升工艺制程,没有它万万不行。中国半导体工艺始终提升不上去,光刻机被禁售是一个主要因素。

这么昂贵的设备,为什么不卖给中国呢?这就要提到《瓦森纳协定》。


《瓦森纳协定》又称瓦森纳安排机制,全称为《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳安排》,目前共有包括美国、日本、英国、俄罗斯等40个成员国(注:没有中国)。尽管“瓦森纳安排”规定成员国自行决定是否发放敏感产品和技术的出口许可证,并在自愿基础上向“安排”其他成员国通报有关信息。但“安排”实际上完全受美国控制。当“瓦森纳安排” 某一国家拟向中国出口某项高技术时,美国甚至直接出面干涉,如捷克拟向中国出口“无源雷达设备”时,美便向捷克施加压力,迫使捷克停止这项交易。


不过这个协定对中国也不是完全禁售,只是禁售最新的几代设备。瓦森纳协议每过几年都会更新禁售列表,比如2010年90nm以下的设备都是不允许销售的,到2015年就改成65nm以下的了。


高端光刻机完全依赖进口 


目前,光刻机领域的龙头老大是荷兰ASML,并已经占据了高达80%的市场份额,垄断了高端光刻机市场。日本尼康在高端光刻机上完全被ASML击败,即便尼康的ArF光刻机售价仅仅不到ASML的一半也无补于事。Intel、台积电、三星用来加工14/16nm芯片的光刻机都是买自ASML,格罗方德、联电以及中芯国际等晶圆厂的光刻机主要也是来自ASML。 


更关键的是,最先进的EUV光刻机全球仅仅ASML能够生产,ASML在今年第三季度和第四季度出售的两台EUV光刻机售价都超过1亿美元,落后EUV一代的ArF光刻机平均售价也在4000万至5000万欧元左右,从高企的报价和EUV光刻机全球仅此一家出售可以看出,光刻机的技术门槛极高,是人类智慧集大成的产物。



相比之下,国内光刻机厂商则显得非常寒酸,处于技术领先的上海微电子装备有限公司已量产的光刻机中,性能最好的是能用来加工90nm芯片的光刻机,技术差距说是鸿沟都不为过。正是因此,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。


虽然中国在光刻机进口上受到种种限制,但压抑太久迟早要爆发,欧美对中国的限制迟早成为中国发展国产光刻机的磨刀石,特别是中国这样的大国。最近传来了新的好消息,中科院光电所采用波长更为长的650纳米氦氖激光SP光刻机上实现了单次曝光光刻出22纳米的芯片,目前该光刻机还是首台样机,如果采用多次曝光技术的话,据信可获得10纳米以下的芯片,这确实是中国光刻机领域的一大突破,也闯出了一匹黑马。

中科院光电所自上世纪90年代就在此领域展开了相关研究,但受限于国外设备技术封锁,以及自身技术薄弱等原因,进展一直远远落后国外发展速度。2008年为了追赶国外技术水平,我国将光刻技术列为重要攻关任务,经过近8年的艰苦奋战、潜心钻研,我国才最终取得成功,顺利打破了国外在该领域的技术封锁。

专家指出,相信进入十四五计划后,中国的发展将不可阻挡,随着国家对芯片领域大幅度投资和持续投入,相信中国的光刻机发展也将最终突破桎梏,其发展也将光明万丈,前程似锦!



? 先进制造技术

?全球航空企业动态
? 技术论坛与会议预告


首页 - 航空制造网 的更多文章: