比原子弹还稀有,全世界仅有两个国家掌握,高端光刻机有多难造?

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文|渣叔罗影

编辑|渣叔罗影

新中国成立以来,我国进入了飞速发展期,现已成长为世界一流强国,在很多领域都取得了长足的进步。

比如核武器,我国不仅拥有数量充足的核武器来保卫祖国,还拥有三位一体的核打击能力,另外,中国航母也从无到有,从有到多,从多到优。

然而,很多人不知道的是,虽然我国的国防和科技有了很大的提高,在一些前沿研究领域我们仍然会落后于其他国家,光刻机被称为“工业皇冠”,比原子弹还要稀有,现如今,全世界掌握高精度光刻机技术的国家只有两个。

那么到底什么是光刻机呢?我们至今还被西方卡脖子的高端光刻机,到底有多难造?

光刻机,其实就是用来生产加工芯片的精密仪器,外形看起来像个大柜子一样,并且机器内部设有多种高精度紫外光源,利用透镜进行反射,将芯片图案一比一投射到硅片上面,所以才有了“光刻机”这个名字。

和原子弹比起来,光刻机的集成度实在是太高了,全世界5000多家科技公司,少一家合作,机器就组装不起来,我们熟知的荷兰ASML公司,其实是个方案整合商,他们资源多,人脉广,可以垄断光刻机的制造。

截止到目前,唯一有能力独立生产EUV极紫外光刻机的国家只有两个,一个是荷兰的ASML,另一个是韩国的三星电子,他们作为科技领域的巨头,技术一直领先于世界。

我们都知道,芯片的生产离不开光刻机,随着智能化浪潮席卷全球,市面上不断涌现出各种各样的支撑产品,不光是手机、电脑,就连洗衣机、电饭煲这样的家用电器也逐步走向智能化,和往年相比,芯片需求量几乎是指数级增长,在半导体行业的地位越来越高。

由于世界各国外交路线不同,许多国家都拿不到光刻机的绝对垄断,其中美、日、韩、荷兰都是典型的例子,他们互相合作,最终整合出一套方案,勉强才能凑出一台完整的光刻机,很多人都觉得,高端光刻机产量低,供应链复杂就是其中的原因。

自从2018年开始,美国就拉拢日本,荷兰等国家一起对我们实行“芯片断供”,但是他们忘了,中国拥有全球最大的市场,要想与我们彻底脱钩,绝对不是一件简单的事情。

从2018年到今天,我们已经被“卡脖子”整整五年,就目前情况来看,美国、荷兰等企业已经有些吃不消,外媒更是直言道:“日本将丢失光刻机产业。”

过去几年,中国也在朝着半导体制造这方面发展,科研团队确实取得了一定的突破,并且已有成功投产的先例,但是相对国外工艺而言,我们的制造水平远远不及台积电、三星等行业巨头先进,要想实现真正的超越,恐怕还有很长一段路要走。

由于种种原因,光刻机一直被西方国家视为贸易战的武器,今年美国与日本针对中国联合颁布了《瓦森纳协议》,该协议指出,不再对部分国家售卖先进型号光刻机设备,并且切断与中国的技术合作,尤其是那些“受管制”设备,不提供任何维修、保养服务,相当于直接取消售后,就算我们愿意花钱,也买不来零件。

这就意味着,部分国家的进口光刻机受到了前所未有的制裁,一旦机器出现故障,将面临“报废”的下场,据统计,中国目前进口光刻机保有量为1000多台,就算机器保护的再好,也要定期进行清洁或是更换光源。

《瓦森纳协议》颁布之前,国内的光刻机一直都由荷兰技术团队负责保养和维修,这样做有利于技术保密,对国内芯片企业来讲,也会方便不少,但是美国莫名其妙的撤销售后,不由得让人感到担心,未来芯片会不会出现“断货”的情况。

就目前情况来看,国内已经有一部分企业受到严重打击,比如华为的海思、中芯国际等,高端芯片进不来,并且还不能制造,似乎陷入僵局,但是整个半导体行业依旧处于活跃的状态,因为大部分芯片不需要高端光刻机就能完成生产。

按照现在的发展速度,中国也许会平稳度过艰难时期,以后的路会越走越快,越来越顺,到时候美国的封锁不攻自破,还得重新进行布局,以免被中国制造的“白菜价”芯片打的抬不起头。

行业里很多人都清楚,中国是生产芯片最合适的国家,因为我们有大量稀土资源,并且不缺水、不缺电,劳动力更是廉价的让西方国家感到羡慕,对此有人调侃,如果芯片制造厂开到中国大陆,那么芯片成本将会大幅下降,而且产量翻倍。

这对美国来说,几乎不可能实现,现如今,世界上最大的芯片制造巨头依然在台湾,但是台湾是一个岛,许多资源不能做到自给自足,只能从外地进口,这样一来,运输成本直线上升,芯片的价格居高不下。

在半导体制造领域,西方起步比我们早太多,举一个简单的例子,上世纪八九十年代,人们对电子类消费品一直抱有怀疑态度,比如大哥大、彩色电视机、个人数字电脑等,这些产品动辄几万块钱,大哥大刚上市的时候,两三万块钱才能拿下。

可是没过几年,电子消费品就迎来了好几轮降价,彩色电视机也从8000元降到1000元左右,价格大跳水,让更多人买得起家用电器,电视和手机在二零零零年逐渐普及。

此时,中芯国际才刚刚成立,为了减小进口芯片带来的巨额成本,一些厂家决定自己造芯片,但是造芯片需要光刻机,国内根本没有这种东西,只能从外国进口光刻机,于是中国半导体行业渐渐发生转变。

随着进口光刻机数量逐渐增多,中国企业对芯片进口数量也出现相应的减少,这时候,美国才产生危机感,要想保持芯片垄断的地位,首先要把光科技拟出口数量控制住,然而西方国家也没有别的好办法,只能通过涨价来控制比例。

从2003年开始,光刻机价格一路猛涨,尤其是最新型号,动不动就要几千万美元,这样许多半导体制造企业直呼受不了,由于中小型企业买不起光刻机,只能退出制造环节,回归芯片从外国进口发展路线,这期间,只有中芯国际扛下来了。

值得注意的是,那时的ASML还是个行业“小透明”,他们生产的光刻机算不上优秀,主要和另外两家光刻机品牌有竞争,分别是日本的尼康和韩国的三星,其实很多人不了解,光刻机制造的难点主要在经验,外国公司起步较早,积累了大量经验,这一点我们无法改变。

一般来说,光源焦点面积越小,雕刻的精度也就越大,制造出来的芯片精度越高,但是越先进的光刻机,往往需要更加精密的科学仪器作为基础材料,比如机器中所使用的反射镜,全部由德国蔡司公司生产研发,镜面十分平整,哪怕用电子显微镜观察,也没有凹坑,科学家表示,这是人类所能制造出的最平滑的物体。

另外,光刻机需要建在震动特别小的地区,甚至在生产和研发阶段,实验室几乎处在悬浮状态中,这样可以避免晃动,提高芯片的良品率,并且光刻机的研发十分烧钱,就拿全世界最先进的ASML来说,每年投入的研发资金足足有1亿欧元,如果项目失败,还得推倒重来。

所以小公司根本没能力研发光刻机,研发周期长,回报小是常态,和原子弹相比,简直是小儿科,只要国际原子能批准,在材料齐全的情况下谁都有能力制造原子弹,但是光刻机不行,就算把图纸公之于众,大部分国家也无法拿到核心科技,没办法独立制造光刻机。

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页面更新:2024-04-11

标签:三星   光刻   原子弹   国家   荷兰   日本   美国   稀有   半导体   中国   芯片   全世界

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