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科技追蹤 | 中國芯片最大技術難關被攻克

點擊：作者：記者來源：宏國智庫發(fā)布時間:2018-12-02 10:53:06

任何企業(yè)的力量，不可能超越一個獨立自主的大國國家工業(yè)化的力量，不管這個企業(yè)是曾經在工業(yè)革命后掌握了多少所謂的“尖端技術”，終將被國家力量和國家意志所超越，這是西方資本主義國家最恐懼社會主義人民中國的地方——疆域大國、人口大國、人才大國、制造業(yè)大國、技術原創(chuàng)大國，最關鍵還是具有獨立自主自力更生精神和情懷的血性大國……

改開時期，中國在發(fā)展獨立自主科學技術上是走了彎路的，我們知道包括互聯(lián)網(wǎng)技術都是美國開發(fā)出來用于軍事通訊的技術，后來改民用就成了改變我們生活，風靡世界的互聯(lián)網(wǎng)，而改開為了“韜光養(yǎng)晦”卻終止了許多當年已經領先世界的國防軍工技術的研發(fā)，不僅讓中國軍事技術被美國等打壓，也延遲了中國科學技術的發(fā)展。任何國家的先進技術，幾乎都是先來自軍工技術，然后轉民用，也就是我們今天所說的“軍民融合”技術。

中國新聞網(wǎng)成都11月29日電，由中國科學院光電技術研究所承擔的國家重大科研裝備——超分辨光刻裝備項目29日在成都通過驗收，中國科學家已研制成功世界上首臺分辨力最高的紫外(即22納米@365納米)超分辨光刻裝備，并形成一條全新的納米光學光刻工藝路線，具有完全自主知識產權。

22納米意味什么？22納米是不是世界最先進的光刻機？

光刻機是通過光學鏡頭多重曝光縮小成像，我國剛剛研發(fā)光刻機單次曝光最高線寬分辨力達到22納米(約1/17曝光波長)，一般情況下多重曝光縮小比例是4:1或者5:1，也就是22納米至少可以光刻5.5納米的制程，如果是5:1，甚至可以光刻4.4納米的線路圖。現(xiàn)在荷蘭ASML極紫外光刻機最小制程是7納米。

日本生產光刻機的佳能和尼康出局了，上海微電子所引進國外不見組裝的光刻機由于關鍵部件被國外限制，最好的光刻機制程只有28納米，而2012年倪光南上書中國最高領導人重啟的芯片制造關鍵設備后，全新開啟中國科學院程度光電技術研究所，僅僅用6年時間，研究出了世界最先進的7納米以下制程光刻機。

中科院光電所超分辨光刻裝備項目副總設計師楊勇（左）介紹研制成功的裝備整機。

中科院光電所所長、超分辨光刻裝備項目首席科學家羅先剛研究員介紹說，2012年，該所承擔了超分辨光刻裝備這一國家重大科研裝備項目研制任務，經過近7年艱苦攻關，項目組突破了高均勻性照明、超分辨光刻鏡頭、納米級分辨力檢焦及間隙測量和超精密、多自由度工件臺及控制等關鍵技術（也就是突破了光源、高精度光學鏡頭、高速多自由度納米精度工作臺三大技術，完全國產不受制于西方公司），完成國際上首臺分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備研制，其采用365納米波長光源，單次曝光最高線寬分辨力達到22納米(約1/17曝光波長)。在此基礎上，項目組還結合超分辨光刻裝備項目開發(fā)的高深寬比刻蝕、多重圖形等配套工藝，實現(xiàn)了10納米以下特征尺寸圖形的加工。

這一世界首臺分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備（是紫外光，還不是ASML使用的極紫外光）是基于表面等離子體超衍射研制而成，它打破了傳統(tǒng)光學光刻分辨力受限于光源波長及鏡頭數(shù)值孔徑的傳統(tǒng)路線格局，形成了一條全新的超衍射納米光刻從原理、裝備到工藝的技術路線，具有完全自主知識產權，為超材料/超表面、第三代光學器件、廣義芯片等變革性戰(zhàn)略領域的跨越式發(fā)展提供了制造工具。

中科光電所研制成功的超分辨光刻裝備所有技術指標均達到或優(yōu)于實施方案規(guī)定的考核指標要求，關鍵技術指標達到超分辨成像光刻領域的國際領先水平。該項目在原理上突破分辨力衍射極限，建立一條高分辨、大面積的納米光刻裝備研發(fā)新路線，繞過了國外高分辨光刻裝備技術知識產權壁壘，實現(xiàn)中國技術源頭創(chuàng)新，研制出擁有自主知識產權、技術自主可控的超分辨光刻裝備，也是世界上首臺分辨力最高紫外超分辨光刻裝備。

同時，利用研制成功的超分辨光刻裝備已制備出一系列納米功能器件，包括大口徑薄膜鏡、超導納米線單光子探測器、切倫科夫輻射器件、生化傳感芯片、超表面成像器件等，驗證了該裝備納米功能器件加工能力，已達到實用化水平。

中科成都光電所超分辨光刻裝備項目已發(fā)表論文68篇，目前已獲授權國家發(fā)明專利47項，授權國際專利4項，并培養(yǎng)出一支超分辨光刻技術和裝備研發(fā)團隊。羅先剛表示，中科院光電所后續(xù)將進一步加大超分辨光刻裝備的功能多樣化研發(fā)和推廣應用力度，推動國家相關領域發(fā)展。

看完上面文章，特別是紅色文字部分，你再看看下面關于光刻機的介紹，就知道中國在光刻機機研發(fā)上的突破有多難。

作為中國人，一定要有自信，美國、日本在光刻機上不能以一國之力研發(fā)出光刻機，日本佳能、尼康在與荷蘭ASML的競爭中敗下陣來，中國從零開始僅僅用6年多時間做到了，并且采用了與荷蘭ASML完全不同的設計原理和設計思路，比ASML更好，還可以肯定成本和價格比ASML更省更便宜，荷蘭ASML一臺7納米光刻機價格要1.2億美元，你還要排隊，中國光刻機的價格，估計也就一半左右。

在工業(yè)上，世界只有兩個國家，一個叫中國，一個叫外國。

毛澤東的中國，勒緊褲帶一輩人吃了兩輩子三輩子的苦，在一窮二白的農耕中國上起步，在30年時間里取得了西方資本主義國家用300年才能取得的成就，那一代人做出了要十代人才能做出成就。全世界今天只有中國是唯一一個覆蓋聯(lián)合國劃分的39個工業(yè)大類，191個工業(yè)中類，525個工業(yè)小類的國家，要知道，世界工業(yè)革命的先行國家們至今一個都沒有能夠做到，包括1850年時候國家工業(yè)生產值占世界總值50%的英國，以及在1950年至1970年間工業(yè)生產值占世界總值50%以上的美國。

世界上，只有中國發(fā)展成了一個內生性國家工業(yè)化國家，是世界的唯一。

還是毛主席的話有預見性，“多少一點困難怕什么。封鎖吧，封鎖十年八年，中國的一切問題都解決了。中國人死都不怕，還怕困難嗎？”

點開視頻，重溫偉人氣壯山河的講話

2018年4月6日深夜，國務院引用毛主席的話，表達中國政府對美國政府和特朗普們的鄙視：

延展閱讀：芯片生產的核心裝備光刻機

什么是光刻機？

光刻機又叫做：掩膜對準曝光系統(tǒng)，光刻系統(tǒng)等，簡單的來說，光刻就是將硅圓表面涂上光刻膠，通過光將掩膜版上復雜的電路結構復制到光刻膠上面的過程。

請看下面這段視頻：

壟斷高端光刻機領域的行業(yè)霸者——荷蘭ASML

在全球光刻機領域，ASML是這個行業(yè)當仁不讓的壟斷性霸主。

即使是國際晶圓代工大廠，仍需要向這家公司購買先進的光刻機，才能完成芯片生產放樣。

一臺一億美元，不講價，更重要的，還不是現(xiàn)貨，每年就賣那么幾臺。

那么，ASML是誰？

ASML是一家荷蘭公司，又叫阿斯麥，是一家專門生產光刻機的企業(yè)。

這家公司可以說是世界上最頂尖的光刻機生產商，你也可以理解為世界唯一一家的高端光刻機制造商，世界第二已經它被遠遠甩在了后面，現(xiàn)在ASML最先進的EUV（極紫外光）光刻機已經能夠制造7nm以下制程的芯片。

那么為什么全世界只有荷蘭的ASML才能制造頂級的光刻機呢？

ASML并不是一家白手起家的公司，它是從著名電子制造商飛利浦獨立出來的一個公司，背后集中了飛利浦無數(shù)資源和豐富的研發(fā)經驗。

ASML最先進的EUV光刻技術，不僅僅是技術的先進，還是生態(tài)產業(yè)環(huán)境的領先，ASML的光刻機中超過90%的零件都是向外采購的，這與他原來的對手，日本尼康和佳能是完全不同，正是因為這樣的合作政策，使得他們能夠在整個設備的不同部位同時獲得世界上最先進的技術，而他們自身可以騰出手來在部件整合和客戶需求上做文章。當然，他們采用開放性合作的關鍵和前提，在于他們不會被其它國家封鎖和制裁。

而這種高新技術行業(yè)聚合的馬太效應特別明顯，一旦有一點差距，很快就會迅速拉大。

并且，ASML獨特的商務模式，或者說產業(yè)生態(tài)建設，也是其取得成功的重要原因，ASML規(guī)定，只有投資ASML，才能夠獲得光刻機的優(yōu)先供貨權，就是要成為它的客戶，首先要投資給它，成為它的股東。這種商業(yè)模式，不僅獲得穩(wěn)定的市場，也使得ASML獲得了大量的發(fā)展資金。

包括英特爾、三星、臺積電、海力士都在ASML中有較大股份，可以說全球大半個半導體行業(yè)都是ASML一家的合作伙伴。

這樣會發(fā)生什么？就是全球高端技術公司抱團，形成了龐大的利益共同體，進行資源優(yōu)化。

ASML在最先進的EUV光刻技術上，擁有世界第二的專利申請量，這直接說明它掌握了很多光刻機關鍵核心技術，而專利申請量第一的是德國的蔡司公司，第三的是韓國的海力士公司，這兩家公司都是ASML的合作伙伴。

這樣良好的產業(yè)生態(tài)，能讓ASML始終都能保持領先的地位，不管出現(xiàn)什么問題，都不會威脅到ASML的市場占有率。

如果沒有高精度的光刻機，就生產不出來高質量的芯片。光刻機在制造流程中要使用多次，包括最后的封裝環(huán)節(jié)。

下面說說全球光刻機的市場狀況：

現(xiàn)在高端光刻機世界上有美國、荷蘭、日本、中國四個國家的5個公司能生產。分別是荷蘭的ASML、日本的Nikon、日本的cannon、美國的ultratech以及我國的上海微電子（SMEE）。

這五家里面，荷蘭的ASML一家獨大，完全壟斷了高精度光刻機。目前還在追趕的，只有中國的上海微電子，其他幾家都已經放棄，因為技術難度太大，資金投入太多。

目前ASML普遍使用的技術是10nm，其7nm機器已經研制成功。而上海微電子的技術是90nm。

在上海微電子研究出90nm的光刻機的時候，全球最頂尖的光刻機技術是65nm，中國和國外技術差距不大，僅僅相差一代，而之后西方國家對中國光刻機技術進行封鎖，在光源技術和鏡頭技術上受制于人，在ASML能生產7nm級別的光刻機時，中國還只能生產出65nm級別的光刻機，差距拉大。

現(xiàn)在全球只有ASML能生產7nm級別的光刻機，每臺7nm制程光刻機售價1.2億美元，2017年產量只有12臺，預計2018年達到18臺，至于其“一視同仁”的態(tài)度，中國不知道哪一年能買到一臺。中國中芯國際能買到的ASML設備的最好技術是14nm生產線。

光刻機頂尖水平追趕過程中的中國企業(yè)

1、上海微電子裝備有限公司，已經量產90nm光刻機，其65nm光刻機商用量產也已經提上日程

2、中國電子科技集團第四十五研究所光電已經量產的是1500nm光刻機

3、先騰光電科技已經量產800nm光刻機

4、無錫影速光電科技目前已經量產200nm光刻機

大家可以看出，這與ASML技術水平差距巨大。

下圖是上海微電子生產的90nm光刻機

極紫外光刻光學技術代表了當前應用光學發(fā)展最高水平，國內這幾年也在發(fā)力突破這些技術難題，打破國外的壟斷，2017年長春光機所承擔的國家科技重大專項項目“極紫外光刻關鍵技術研究”順利通過驗收，這標志著國產22-32 nm光刻機設備就要出來了。我們與ASML的差距又縮小了一步。但是發(fā)展自主光刻技術技術難度大、瓶頸多，所需資金巨大，很長一段時間也將會沒有任何收益，只能依靠國家支持，發(fā)揮社會主義制度優(yōu)越性，把光刻機當成基礎學科，財政投入巨額研發(fā)經費。

光刻機，拿到圖紙也生產不出來的技術差距

很多人都有質疑，中國已經在集成電路領域的晶圓材料、蝕刻機、e—beam、掩膜、標靶、封裝等領域都有了巨大突的突破，華微電子的芯片材料和中微半導體科技的蝕刻機都已經是世界一流，為什么光刻機攻克不了？

光刻機是世界上最頂尖的光學、材料學、精密機械等多基礎學科的結晶產物，想自己獨立生產出來，就要在所有這些學科上都站在世界頂尖位置，并不僅僅是半導體。

在光刻機研發(fā)上，中國企業(yè)與ASML在資金，專業(yè)人才，高精尖技術等多個方面，都存在巨大差距。

第一，在光學、材料學、精密機械等多基礎學科沒有世界頂尖技術和質量的零件。

光刻機的原理并不難，看下圖就知道了，但一臺先進的光刻機能有5萬多個零件，設計生產并不容易，設計制造的每一步都要求最先進的工藝和零件。

光源和鏡片都是核心的零件，光源很復雜，光源提供者美國Cymer是世界領先的準分子激光源提供商，現(xiàn)在被ASML收購了。

ASML使用的鏡片是德國蔡司提供的，了解鏡頭領域的人，應該清楚蔡司的鏡頭制作水平。而我們國家在這方面落后很多，目前為止，國內也沒有一家鏡頭生產公司，能匹敵佳能、尼康和蔡司。不說光刻機，中國做不出蔡司那樣的鏡頭，光刻機就基本沒希望。

上海微電子的總經理賀榮明說過，他在德國看到的鏡頭拋光工人，其祖孫三代都是負責這個工序，同一個鏡片，換成其他工人來打磨，其精度會相差非常大。

ASML使用的反射鏡鏡片精度要求要多高呢？瑕疵大小僅能以皮米（納米的千分之一）計。

ASML總裁暨CEO溫彼得（Peter Wennink）曾經形象的表示，如果反射鏡面積有整個德國大，鏡面最高的突起處不能高于一公分高。這樣精確的工藝，佳能和尼康都完成不了。

有頂級的光源和鏡頭，還要有精確到極致的機械精度。光刻機里有兩個同步運動的工件臺，一個載底片，一個載膠片。兩者需始終同步，誤差在2納米以下。兩個工作臺由靜到動，加速度跟導彈發(fā)射差不多。中國光刻機生產廠商上海微電子總經理賀榮明形象地形容這個精確度：“相當于兩架大飛機從起飛到降落，始終齊頭并進。一架飛機上伸出一把刀，在另一架飛機的米粒上刻字，不能刻壞了。”

高端光刻機需要做到兩個平臺同時運動，而差距不能超過2nm，而一根頭發(fā)的寬度是60000nm。

ASML的光刻機可以說是人類這幾十年來的智慧結晶，是最尖端的光學、材料學、機械等的結合體，即便ASML生產光刻機，還有超過80%的零件是向外采購的，ASML稱之為『開放式創(chuàng)新』（open innovation）。美、日兩國單獨搞光刻機都不行，更何況上述技術領域相對落后的我們。

光刻機的生產，不止關系著一個領域的資源，而是考驗各個產業(yè)生態(tài)的完善和產業(yè)的綜合能力。

第二、高端人才的稀缺。光刻領域本來就屬于極其小眾的高端技術領域，因為長期缺乏光刻設備，國內的專業(yè)人才也就愈加稀缺。在上世紀70年代，集成電路技術剛起步，我國的起步還不錯，至少沒有落后太多，甚至有些領域還領先世界水平；但是三十四年過去了，部分制訂產業(yè)政策的人有總想通過市場換技術“買技術”來縮小差距，我國采取了一條“造不如買”的路線，不肯下決心自主開發(fā)，而國外通過研發(fā)摸索，積累了大量的技術經驗和人才儲備，我們卻止步不前。

第三，沒有足夠的資金投入。半導體行業(yè)產業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)都是資金密集型企業(yè)。截至2016年年底，國家集成電路產業(yè)投資基金股份有限公司＂大基金＂兩年多來共決策投資43個項目，累計項目承諾投資額818億元，實際出資超過560億元，分散到半導體的設計、制造、封裝等各個環(huán)節(jié)，就寥寥無幾。

圖丨ASML2017年年報，營收90.53億歐元，研發(fā)費用12.6億歐元

我們看一下ASML在2017年一年的研發(fā)費用投入——12.6億歐元，合人民幣近百億！這是在成熟技術基礎上提高代差的研發(fā)投入，上海微電子雖然有國家政策資金扶持，但與ASML相距甚遠。按照中國光刻機目前的產業(yè)生態(tài)，投資1000億都未必能夠，中國要制造出世界最高端的光刻機，就必須建立世界最高端的光刻機零部件產業(yè)鏈。如上面說的反射鏡，佳能和尼康最后競爭失敗退出光刻機行業(yè)，很大程度上是因為建立產業(yè)生態(tài)需要投入資金過于巨大，在2012年ASML為了解決巨額研究資金的問題，讓自己的大客戶Intel、三星、臺積電巨資入股。

第四、美國等對先進光刻機技術的封鎖。由于《瓦森納協(xié)定》受到美國的控制，中國不是協(xié)議簽約國，ASML受《瓦森納協(xié)定》的約束，對中國的光刻機實行限制性封鎖。ASML的商務策略也是針對中國，中國一但在該領域技術有了進展，ASML就對中國解禁一層，你研制出90nm的光刻機，那么我開放75nm，你研制出50nm，我就開放35nm。

ASML就這樣一步一步打壓著中國，使得中國在技術上取得的進步，無法在市場上產生效益，從而打擊中國企業(yè)研發(fā)高端光刻機的積極性。因此中國政府必須把光刻機當成基礎學科和戰(zhàn)略安全重器來扶持，不惜財力成本，就如中國研究095核攻擊潛艇和096核戰(zhàn)略潛艇一樣。095、096保衛(wèi)國家的安全，高端光刻機保衛(wèi)中國集成電路產業(yè)的安全，兩者同樣重要。

圖丨封鎖中國技術的《瓦森納協(xié)定》

最后一個擺在中國光刻機企業(yè)面前的問題是市場，現(xiàn)在的荷蘭的ASML公司壟斷了全球80%以上的光刻機市場，并且與半數(shù)以上的世界芯片大廠結成了利益聯(lián)盟，即使中國自主的光刻機上市，能否從ASML手中搶到一定市場份額，也是一個問題。ASML就對中國技術解禁政策，一方面配合美國技術封鎖中國，一方面打壓中國企業(yè)的市場。

盡管芯片制造領域中國面臨重重困難，但是在芯片產業(yè)鏈中必須要在核心節(jié)點完全自主，因此中國也一定要發(fā)力研發(fā)出自己的具有自主知識產權的高端光刻機來。

我們可以肯定，中國的光刻機技術在采用了與ASML完全不同的原理和技術路線之后，在價格上完全有優(yōu)勢與之競爭。

延展閱讀：芯片制造業(yè)另一關鍵裝備“蝕刻機”，中國已經做到了世界領先的7納米水平。

什么是刻蝕機

在等離子刻蝕機領域，中微半導體設備有限公司（AMEC，簡稱中微）自主研發(fā)的世界領先技術的7納米介質刻蝕機榮幸地被中央電視臺《大國重器》欄目收錄，節(jié)目已2018年3月3日21:50在中央二臺財經頻道首播——《大國重器》（第二季）第六集《贏在互聯(lián)》

十三年前，當時已經60歲的尹志堯決心放棄優(yōu)越的物質待遇，離開美國并回國創(chuàng)業(yè)。有媒體直接引用過尹志堯說過的一句話：“給外國人做嫁衣已經做了很多事情了，那我們應該給自己的祖國和人民做一些貢獻，所以就決心回來了。”用了十三年，中微半導體設備有限公司研制出了世界領先的刻蝕機。

尹志堯一同回來的是三十位在應用材料、科林等國際刻蝕機巨頭有著20—30年半導體設備研發(fā)制造的經驗的資深工程師。在回國之際，所有技術專家承諾不會把美國公司的技術，包括設計圖紙、工藝過程帶回國內，美國方面也對歸國人員持有的600多萬個文件和所有個人電腦做了徹底清查。

回國之后，尹志堯團隊從零開始，重新組織技術思路，創(chuàng)新技術并申請了專利，終于在2008年，中微半導體的刻蝕機開始打進國際市場。對于這種情況，國外公司無法接受中國人能在3年內做出高性能刻蝕機，應用材料和科林相繼對中微半導體提起專利訴訟。在中微半導體拿出了自主研究的關鍵技術專利證據(jù)之后，兩次擴日持久的國際訴訟都以中微半導體獲勝告終。
　　隨著中微半導體的崛起，2015年美國商業(yè)部的工業(yè)安全局特別發(fā)布公告，由于認識到中國可以做出具有國際競爭力的，而且有大量生產的等離子刻蝕機，所以決定把等離子刻蝕機從美國對中國控制的單子上去掉了。

“中國技術標準”和“中國價格標準”的結合，讓中國在高端刻蝕機市場的產品競爭力毋容置疑。

為了將視頻中關于刻蝕機的一些關鍵指標展示出來，我們截屏這些圖片：