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,本次厦门企业从荷兰进口的光刻机就是用于芯片生产的设备。

  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。

  2016年,清华大学召开了“光刻机双工件台系统样机研发”项目验收会,专家组对项目任务完成情况予以高度评价,并一致同意该项目通过验收。

  工件台系统是光刻机的重要子系统,工件台系统的运行速度、加速度、系统稳定性和系统的定位建立时间对光刻机的生产精度和效率起着至关重要的作用。本次“光刻机双工件台系统样机研发”项目验收,标志中国在双工件台系统上取得技术突破,但这仅仅是实现光刻机国产化万里长征的一部分,距离打破ASML的技术垄断还有很长的路要走。

  日前,“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”国家科技重大专项实施管理办公室组织专家,在中国科学院长春光学精密机械与物理研究所召开了“极紫外光刻关键技术研究”项目验收会。评审专家组充分肯定了项目取得的一系列成果,一致同意项目通过验收,认为该项目的顺利实施将我国极紫外光刻技术研发向前推进了重要一步。

  极紫外光刻光学技术代表了当前应用光学发展最高水平,作为前瞻性EUV光刻关键技术研究,项目指标要求高,技术难度大、瓶颈多,创新性高,同时国外技术封锁严重。

  因此我们看到,中国也是取得了很大的进步的。但是中国想要赶上,绝不是一朝一夕的事,需要各类基础领域扎实的人才,这也是最难的。

  光刻机被业界誉为集成电路产业皇冠上的明珠,研发的技术门槛和资金门槛非常高。也正是因此,能生产高端光刻机的厂商非常少,到最先进的14nm光刻机就只剩下ASML,日本佳能和尼康已经基本放弃第六代EUV光刻机的研发。

  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90nm光刻机,制程上的差距就很大……国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。

  这不仅使国内晶圆厂要耗费巨资购买设备,对产业发展和自主技术的成长也带来很大不利影响--ASML在向国内晶圆厂出售光刻机时有保留条款,那就是禁止用ASML出售给国内的光刻机给国内自主CPU做代工--只要中芯国际、华力微等晶圆厂采购的ASML光刻机,虽然不影响给ARM芯片做代工,但却不可能给龙芯、申威等自主CPU做代工、商业化量产。即便是用于科研和国防领域的小批量生产,也存在一定风险--采用陶瓷加固封装、专供军用的龙芯3A1500和在党政军市场使用的龙芯3A2000,只能是小批量生产,而且在宣传上 也只能含糊其辞的说明是境内流片……这很大程度上影响了自主技术和中国集成电路产业的发展。

  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,本次从荷兰空运至厦门机场的ASML光刻机,就是用于芯片生产制造的高端光刻机,由于是厦门的一家公司申报进口的,笔者猜测,这台设备很有可能是厦门当地政府与台湾联华电子合资的晶圆厂从荷兰ASML采购的。不过,由于西方瓦森纳协议的限制,中国只能买到ASML的中低产品,这一点从厦门当地企业进口的光刻机报价仅1亿人民币就可以看出来了。

  光刻机,是芯片制造的核心设备之一。在世界上,能生产光刻机的国家不多,目前,光刻机领域的龙头老大是荷兰ASML,美国、日本虽然也能生产光刻机,但都是荷兰授权的技术,且相当一部分还是从荷兰原装进口的,比如日本的尼康,也能生产光刻机,但是同类型产品即使售价只有ASML光刻机的一半,也鲜有人问津,无济于事。ASML过去五年的股价,已涨了249%。让这家业界之外籍籍无名的专业设备厂,成为仅次于皇家壳牌石油以及联合利华的荷兰市值第三大公司。

  荷兰国家小,封建统治力量相对薄弱,资产阶级革命最早取得成就,建立了为资产阶级服务的政权和强大的海军。社会制度是主要原因。

  光荷兰ASML牛到什么地步?他已经占据了高达80%的市场份额,垄断了高端光刻机市场,而且世界主要芯片制造商英特尔,三星和台积电都是ASML的股东,它们用来加工14/16nm芯片的光刻机都是买自ASML,而格罗方德、联电以及中芯国际等晶圆厂的光刻机主要也是来自ASML,ASML可谓独步天下,独孤求败。而在我国国内,晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。

  这就是ASML售价超过1亿美金,世界最先进的光刻机:EUV NXE 3350B(EUV极紫外线光刻机),号称半导体业的终极武器,台积电、英特尔都寄望,这台史上最昂贵的「工具机」,会在2017年开始试产的七奈米制程大发神威,成为主力机种。

  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,但是由于西方瓦森纳协议的限制,中国只能买到ASML的中低产品,这一点从2016年厦门当地企业进口的光刻机报价仅1亿人民币就可以看出来了。

  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,中国半导体工艺为啥提升不上去,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。

  不过据说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。

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