光刻机被限制，中芯国际晶圆厂延期，为何不用国产光刻机？

近日，中芯国际表示：由于难以获得先进的芯片制造设备，其在北京的新工厂落后于预期。

尽管中芯国际没有具体说明是何种设备，但根据推测，被限设备来自ASML的浸没式DUV光刻机。

因为中芯国际于2020年12月被列入实体名单，未经美商务部许可，相关公司不得向实体清单上的公司销售设备和相关零部件。

而这相关公司就包括荷兰ASML。荷兰ASML就是全球光刻机龙头，EUV光刻机的唯一制造商。

那么问题来了，既然买不到ASML光刻机，为什么不使用上海微电子的国产光刻机呢？

ASML的光刻机有多强

ASML中文名为阿斯麦，成立于1984年，总部位于荷兰埃因霍温，是全球最大的半导体设备制造商，也是全球EUV光刻机的唯一制造商。

出货量全球第一

2021年全球光刻机共生产478台，较2020年增长65台，涨幅为15%。其中ASML拿下了309台，占比65%。

中高端市场（DUV光刻机）出货103台，占据93.6%的市场份额，高端EUV光刻机出货42台，全部为ASML制造。

根据预测，2022年全球光刻机出货量将达到510台，ASML继续大幅领先。EUV光刻机出货量超过50台，制造商仍然只有ASML。

从出货量方面可以看出，ASML是妥妥的光刻机龙头，将日本尼康、佳能远远地甩在身后。

销售额全球第一

2021年，全球光刻机市场份额为1076亿，ASML一家就达到了854亿，占比79%。

2023年1月25日，ASML公布了2022年业绩，全年营收1562亿人民币，同比增长13.8%。净利润为412亿人民币，再创新高。

尽管2022年全球光刻机销售额尚未公布，但可以预料的是ASML的销售占比会继续扩大。

技术最强

在技术方面，ASML同样是当仁不让。

所有半导体设备中，EUV光刻机的技术含量是最高的，而它的制造商只有ASML一家，这足以反映出ASML在技术方面的实力。

可能有网友会说了，ASML只不过是组装大厂而已，它的技术含量仅为10%。但是，你千万不要小看了这10%。

ASML在EUV光刻机上的技术主要为极紫外光技术。

EUV光刻机的光源采用了13.5nm的极紫外光，大自然中没有这种光，只能人工制造。

首先要准备一台30KW的大功率激光发射器，可以发射频率高达50000HZ的高频激光。

然后再准备一台设备，这台设备有一个特殊的喷嘴，可以将融化的锡滴直径缩小至20微米左右，相当于“人类头发直径的三分之一”。

最后就是调试，要确保第一束激光准确的击中下落的锡滴，第二束激光再次击中锡滴，激发出极紫外光。

整个过程最难之处就是，持续性的高精度，高准确性。

光源设备最初由美国Cymer公司制造，后来被ASML收购。ASML也成为了极紫外光源技术的垄断者。

产业链最庞大

ASML的产业链也极其庞大，EUV光刻机的零部件高达10万个，仅供应商就近2000家，其中不乏蔡司、东京应化之类的行业巨头。甚至不少企业以进入ASML的供应链为荣。

而下游应用企业包括台积电、三星、英特尔、联电、格芯、中芯国际等众多芯片制造巨头。

我们手机搭载的苹果仿生、高通骁龙、华为麒麟、联发科天玑等等都离不开ASML的光刻机。

在组装方面，ASML同样具有极大的优势。

一台EUV光刻机拥有10万个零部件、4万个螺栓、2公里软管、3000条电缆和数吨重的镜片。这些零部件紧密相连，任何一个部件出现问题，都可能导致整台设备失控。

在进行安装作业时，一台火车驶过，传出10—20Hz的震动，就会导致设备失灵。

因此必须要有一个强大的组装团队。ASML的组装团队高达上万人，仅在中国区就超过了1300人。这些组装人员不仅技术高超，而且每年进行大量的培训。

如今ASML开始打造新一代光刻机——High NA EUV光刻机。

这套光刻机系统的镜片数值孔径将达到0.55 NA，具有更高的分辨率，更高的生产效率。据悉，未来将达到每小时220片晶圆的生产率。届时ASML将会更加强大。

在光刻机领域，ASML过于强大，以至于嚣张的说：“即便把图纸公开，中国也造不出光刻机。”

如今，在美国的压力下，ASML不仅拒绝为内地企业供货EUV光刻机，甚至连DUV光刻机也开始受到限制。

内地芯片代工龙头中芯国际就坦言，由于设备问题导致北京的晶圆厂无法顺利开工。那么为什么中芯国际不使用国产光刻机呢？

国产光刻机水平如何？

国产光刻机龙头是上海微电子设备公司，于2002年3月由上海市政府和中科院牵头成立，目前已经可以量产90nm光刻机。

那么上海微电子与ASML差距有多大呢？

技术差距

上海微电子制造的90nm光刻机，可以生产90nm芯片，重复光刻的话理论上可以生产45nm芯片，但是成品率会大幅下降。而ASML制造的EUV光刻机可以生产3nm芯片。

45nm芯片落后于3nm芯片整整5代，这需要数十年时间的追赶。

在具体核心技术方面，ASML已经掌握了先进的EUV技术，并且拥有大量的专利，而上海微电子却没有。

此外，在组装技术方面，上海微电子只能算得上“入门”，而ASML绝对称得上“专业”，这样的差距也绝非短时间内能够追平的。

生态差距

很多网友认为只有软件、操作系统才有所谓的生态，其实硬件、设备同样有生态。

制造芯片的设备不仅有光刻机，还有涂覆、CVD、检测、清洗等十几种设备，这些设备需要相互配合，共同完成芯片制造。

如果不能匹配，那么整个芯片制造环节的工作量就会增加几倍。

ASML的光刻机广泛的应用在芯片制造领域，早已和各大厂家生产的其他设备相互兼容、相互配合。

此外在硅晶圆、掩膜版、光刻胶、CMP粉浆、高纯度液体、等半导体材料方面，ASML的光刻机同样与之相匹配，这些方面上海微电子仍需努力。

供应链差距

国产光刻机在供应链方面也表现出先天不足。

早在2009年时，上海微电子就研发出了90nm光刻机，并通过了验收，但直到2018年才宣布，这是为什么呢？

因为当时，这批设备采用了德国蔡司的镜头，而当时的蔡司突然接到命令，停止为上海微电子供货。

失去了蔡司供货，国产镜头又达不到要求，只好延迟发布。很多网友觉得一个小小的镜片就能卡住国产光刻机的脖子？

真的不要小看了这小小的镜片，它的数值孔径为0.93NA，分辨率为90nm，平整度要求极高，几十公里的起伏度不能超过一毫米。

为了研发这样的一组镜片，长春国科精密光学用了近10年的时间，才研发成功。

2018年，这组镜片成功安装在了上海微电子的光刻机上，经过测试达到了相关要求。

除了镜片外，还有光源、工作台、精密轴承等近10万个零部件，这些都需要众多的供应商来解决。

据悉，ASML拥有来自欧美日韩等国近2000家供应商，而上海微电子被列入美商务部“实体清单”后，只能采用国产配件，这让其供应链大打折扣。

此外，上海微电子的光刻机在稳定性方面也比不上ASML，而稳定性关系到芯片的良品率。没有人希望自己的芯片在制造时，因为设备问题而报废。

总的来说，国产光刻机在技术、生态、供应链、稳定性等多个方面落后于ASML，要想掌握EUV光刻机技术，追上ASML的水平，还需要很长的时间。

此外，中芯国际北京晶圆厂，制造的芯片是28nm工艺的，只有荷兰ASML和日本尼康的光刻机符合要求。

这就是为什么，中芯国际等国产芯片代工厂不愿意选择国产光刻机的主要原因。

中芯国际如何破解难题？

中芯国际要想解决芯片制造难题，就要融入国产光刻机的产业链。试想一下，大家都不使用上海微电子的光刻机，那如何验证它的水平，发现它的不足之处呢？

上海微电子卖不出设备，也就无法盈利，也就拿不出更多的资金去研发高端光刻机，也就无法解决国产芯片的设备难题。

所以中芯国际在90nm芯片制造环节上，还是要优先选择国产设备。

正视不足、拒绝浮夸

最近网上一直充斥着，上海微电子已经研发出28nm、14nm的光刻机、甚至7nm光刻机也即将量产。

实际上，光源系统、透镜、浸没式、双工作台等核心技术，我们还差距很大。要想完全掌握这些技术还需要付出大量的人力、物力、财力和时间。

同时，我们在稳定性方面也远比不上ASML。这就需要加强我们的售后和组装技术。

心无旁骛、持续研发

搞研发最忌讳心浮气躁，断断续续。一看到能买，就想放弃研发，认为“造不如买”。然而，当你自废武功后，各种打压就会接踵而至。

科技没有捷径，也没有所谓的“弯道超车”，有的只是不断投入、持续研发。甚至是数十年如一日。

政策支持，集中力量办大事

政策支持有多重要呢？我们以日本为例来说。

日本的半导体就是得到了美国的支持和授权后，才快速发展起来的。这个支持和授权就来自美国政府，最初目的是扶持日本对抗当年的苏联。

三菱、京都电气拿到了仙童公司的授权后，日本通产省就制定了相关政策，组织NEC、日立、富士通、东芝和三菱电机成立了“超大规模集成电路技术研究组合”。

此后，日本在半导体产业快速的发展，直至超越美国。

1985年，美国就针对日本半导体发起了第一次301调查，并在1986年迫使日本签署了日美半导体协议。

此后，日本半导体行业开始快速下滑，市场份额从53%的高点下降至7%。到今天，全球领先的半导体设计、制造公司已经看不到日本企业的踪影了。

可见，政策对芯片的影响力着实太大了。

如果我们能够出台持续的正确的产业政策，那么国产芯片逆袭超越是迟早的事。

写到最后

光刻机被限，中芯国际斥巨资建造的晶圆厂迟迟不能投产，归根结底就是国产光刻机的落后造成的。

如果我们能够正视自身的不足，加大研发力度，再配以对应的政策，相信国产光刻机技术必会大幅提升。

同时，我们的芯片企业也要支持使用国产光刻机，发现问题，解决问题。

我是科技铭程，欢迎共同讨论！