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什么是光刻機(jī)？
光刻機(jī)是芯片制造的核心設(shè)備之一，按照用途可以分為好幾種：有用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)；有用于封裝的光刻機(jī)；還有用于LED制造領(lǐng)域的投影光刻機(jī)。用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)是中國在半導(dǎo)體設(shè)備制造上最大的短板，國內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口，本次廈門企業(yè)從荷蘭進(jìn)口的光刻機(jī)就是用于芯片生產(chǎn)的設(shè)備。
在高端光刻機(jī)上，除了龍頭老大ASML，尼康和佳能也曾做過光刻機(jī)，而且尼康還曾經(jīng)得到過Intel的訂單。但是近些年，尼康在ASML面前被打的毫無還手之力，高端光刻機(jī)市場基本被ASML占據(jù)——即便是尼康最新的Ar-F immersion 630賣價(jià)還不到ASML Ar-F immersion 1980D平均售價(jià)的一半，也無法挽回?cái)【帧?/p>
原因何在？一方面是Intel新CEO上臺(tái)后，不再延續(xù)與尼康的620D合同，這使得尼康失去了一個(gè)大客戶。另一方面，也和尼康自身技術(shù)實(shí)力不足有關(guān)，尼康的光刻機(jī)相對于ASML有不少瑕疵，在操作系統(tǒng)上設(shè)計(jì)的架構(gòu)有缺陷，而且尼康的光刻機(jī)的實(shí)際性能和尼康官方宣傳的有不小差距，這使得臺(tái)積電、Intel、三星、格羅方德等晶圓大廠不可能為了省一點(diǎn)錢去賣有瑕疵的產(chǎn)品。
目前，尼康的高端光刻機(jī)基本被ASML吊打，主流半導(dǎo)體產(chǎn)線中只有少數(shù)低階老機(jī)齡的光刻機(jī)還是尼康或者佳能，其他基本都是ASML的天下。某種程度上，尼康的光刻機(jī)也只能用賣的超級便宜來搶市場了。那么，賣的到底有多便宜呢？
用數(shù)據(jù)來說話，ASML的 EUV NXE 3350B 單價(jià)超過1億美元，ArF Immersion售價(jià)大約在7000萬美元左右。相比之下，尼康光刻機(jī)的單價(jià)只相當(dāng)于ASML價(jià)格的三分之一。
中國的光刻機(jī)發(fā)展水平
2016年，清華大學(xué)召開了“光刻機(jī)雙工件臺(tái)系統(tǒng)樣機(jī)研發(fā)”項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)，專家組對項(xiàng)目任務(wù)完成情況予以高度評價(jià)，并一致同意該項(xiàng)目通過驗(yàn)收。
工件臺(tái)系統(tǒng)是光刻機(jī)的重要子系統(tǒng)，工件臺(tái)系統(tǒng)的運(yùn)行速度、加速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)的定位建立時(shí)間對光刻機(jī)的生產(chǎn)精度和效率起著至關(guān)重要的作用。本次“光刻機(jī)雙工件臺(tái)系統(tǒng)樣機(jī)研發(fā)”項(xiàng)目驗(yàn)收，標(biāo)志中國在雙工件臺(tái)系統(tǒng)上取得技術(shù)突破，但這僅僅是實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)國產(chǎn)化萬里長征的一部分，距離打破ASML的技術(shù)壟斷還有很長的路要走。
日前，“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”國家科技重大專項(xiàng)實(shí)施管理辦公室組織專家，在中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所召開了“極紫外光刻關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)。評審專家組充分肯定了項(xiàng)目取得的一系列成果，一致同意項(xiàng)目通過驗(yàn)收，認(rèn)為該項(xiàng)目的順利實(shí)施將我國極紫外光刻技術(shù)研發(fā)向前推進(jìn)了重要一步。
極紫外光刻光學(xué)技術(shù)代表了當(dāng)前應(yīng)用光學(xué)發(fā)展最高水平，作為前瞻性EUV光刻關(guān)鍵技術(shù)研究，項(xiàng)目指標(biāo)要求高，技術(shù)難度大、瓶頸多，創(chuàng)新性高，同時(shí)國外技術(shù)封鎖嚴(yán)重。
因此我們看到，中國也是取得了很大的進(jìn)步的。但是中國想要趕上，絕不是一朝一夕的事，需要各類基礎(chǔ)領(lǐng)域扎實(shí)的人才，這也是最難的。
中外光刻機(jī)的巨大差距
光刻機(jī)被業(yè)界譽(yù)為集成電路產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，研發(fā)的技術(shù)門檻和資金門檻非常高。也正是因此，能生產(chǎn)高端光刻機(jī)的廠商非常少，到最先進(jìn)的14nm光刻機(jī)就只剩下ASML，日本佳能和尼康已經(jīng)基本放棄第六代EUV光刻機(jī)的研發(fā)。
相比之下，國內(nèi)光刻機(jī)廠商則顯得非常寒酸，處于技術(shù)領(lǐng)先的上海微電子裝備有限公司已量產(chǎn)的光刻機(jī)中性能最好的是90nm光刻機(jī)，制程上的差距就很大……國內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口。
這不僅使國內(nèi)晶圓廠要耗費(fèi)巨資購買設(shè)備，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展和自主技術(shù)的成長也帶來很大不利影響--ASML在向國內(nèi)晶圓廠出售光刻機(jī)時(shí)有保留條款，那就是禁止用ASML出售給國內(nèi)的光刻機(jī)給國內(nèi)自主CPU做代工--只要中芯國際、華力微等晶圓廠采購的ASML光刻機(jī)，雖然不影響給ARM芯片做代工，但卻不可能給龍芯、申威等自主CPU做代工、商業(yè)化量產(chǎn)。即便是用于科研和國防領(lǐng)域的小批量生產(chǎn)，也存在一定風(fēng)險(xiǎn)--采用陶瓷加固封裝、專供軍用的龍芯3A1500和在黨政軍市場使用的龍芯3A2000，只能是小批量生產(chǎn)，而且在宣傳上 也只能含糊其辭的說明是境內(nèi)流片……這很大程度上影響了自主技術(shù)和中國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口
目前，光刻機(jī)領(lǐng)域的龍頭老大是荷蘭ASML，并已經(jīng)占據(jù)了高達(dá)80%的市場份額，壟斷了高端光刻機(jī)市場。日本尼康在高端光刻機(jī)上完全被ASML擊敗，即便尼康的ArF光刻機(jī)售價(jià)僅僅不到ASML的一半也無補(bǔ)于事。Intel、臺(tái)積電、三星用來加工14/16nm芯片的光刻機(jī)都是買自ASML，格羅方德、聯(lián)電以及中芯國際等晶圓廠的光刻機(jī)主要也是來自ASML。
更關(guān)鍵的是，最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)全球僅僅ASML能夠生產(chǎn)，ASML在今年第三季度和第四季度出售的兩臺(tái)EUV光刻機(jī)售價(jià)都超過1億美元，落后EUV一代的ArF光刻機(jī)平均售價(jià)也在4000萬至5000萬歐元左右，從高企的報(bào)價(jià)和EUV光刻機(jī)全球僅此一家出售可以看出，光刻機(jī)的技術(shù)門檻極高，是人類智慧集大成的產(chǎn)物。
相比之下，國內(nèi)光刻機(jī)廠商則顯得非常寒酸，處于技術(shù)領(lǐng)先的上海微電子裝備有限公司已量產(chǎn)的光刻機(jī)中，性能最好的是能用來加工90nm芯片的光刻機(jī)，技術(shù)差距說是鴻溝都不為過。正是因此，國內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口，本次從荷蘭空運(yùn)至廈門機(jī)場的ASML光刻機(jī)，就是用于芯片生產(chǎn)制造的高端光刻機(jī)，由于是廈門的一家公司申報(bào)進(jìn)口的，筆者猜測，這臺(tái)設(shè)備很有可能是廈門當(dāng)?shù)卣c***聯(lián)華電子合資的晶圓廠從荷蘭ASML采購的。不過，由于西方瓦森納協(xié)議的限制，中國只能買到ASML的中低產(chǎn)品，這一點(diǎn)從廈門當(dāng)?shù)仄髽I(yè)進(jìn)口的光刻機(jī)報(bào)價(jià)僅1億人民幣就可以看出來了。
荷蘭光刻機(jī)為什么厲害
光刻機(jī)，是芯片制造的核心設(shè)備之一。在世界上，能生產(chǎn)光刻機(jī)的國家不多，目前，光刻機(jī)領(lǐng)域的龍頭老大是荷蘭ASML，美國、日本雖然也能生產(chǎn)光刻機(jī)，但都是荷蘭授權(quán)的技術(shù)，且相當(dāng)一部分還是從荷蘭原裝進(jìn)口的，比如日本的尼康，也能生產(chǎn)光刻機(jī)，但是同類型產(chǎn)品即使售價(jià)只有ASML光刻機(jī)的一半，也鮮有人問津，無濟(jì)于事。ASML過去五年的股價(jià)，已漲了249％。讓這家業(yè)界之外籍籍無名的專業(yè)設(shè)備廠，成為僅次于皇家殼牌石油以及聯(lián)合利華的荷蘭市值第三大公司。
荷蘭國家小，封建統(tǒng)治力量相對薄弱，資產(chǎn)階級革命最早取得成就，建立了為資產(chǎn)階級服務(wù)的政權(quán)和強(qiáng)大的海軍。社會(huì)制度是主要原因。
光荷蘭ASML牛到什么地步？他已經(jīng)占據(jù)了高達(dá)80%的市場份額，壟斷了高端光刻機(jī)市場，而且世界主要芯片制造商英特爾，三星和臺(tái)積電都是ASML的股東，它們用來加工14/16nm芯片的光刻機(jī)都是買自ASML，而格羅方德、聯(lián)電以及中芯國際等晶圓廠的光刻機(jī)主要也是來自ASML，ASML可謂獨(dú)步天下，獨(dú)孤求敗。而在我國國內(nèi)，晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口。
這就是ASML售價(jià)超過1億美金，世界最先進(jìn)的光刻機(jī)：EUV NXE 3350B（EUV極紫外線光刻機(jī)），號(hào)稱半導(dǎo)體業(yè)的終極武器，臺(tái)積電、英特爾都寄望，這臺(tái)史上最昂貴的「工具機(jī)」，會(huì)在2017年開始試產(chǎn)的七奈米制程大發(fā)神威，成為主力機(jī)種。
相比之下，國內(nèi)光刻機(jī)廠商則顯得非常寒酸，處于技術(shù)領(lǐng)先的上海微電子裝備有限公司已量產(chǎn)的光刻機(jī)中，性能最好的是能用來加工90nm芯片的光刻機(jī)，技術(shù)差距說是鴻溝都不為過。正是因此，國內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口，但是由于西方瓦森納協(xié)議的限制，中國只能買到ASML的中低產(chǎn)品，這一點(diǎn)從2016年廈門當(dāng)?shù)仄髽I(yè)進(jìn)口的光刻機(jī)報(bào)價(jià)僅1億人民幣就可以看出來了。
荷蘭光刻機(jī)為什么不賣給中國？
作為集成電路制造過程中最核心的設(shè)備，光刻機(jī)至關(guān)重要，芯片廠商想要提升工藝制程，沒有它萬萬不行，中國半導(dǎo)體工藝為啥提升不上去，光刻機(jī)被禁售是一個(gè)主要因素。
這么昂貴的設(shè)備，為什么不賣給中國呢？這就要提到《瓦森納協(xié)定》。
《瓦森納協(xié)定》又稱瓦森納安排機(jī)制，全稱為《關(guān)于常規(guī)武器和兩用物品及技術(shù)出口控制的瓦森納安排》，目前共有包括美國、日本、英國、俄羅斯等40個(gè)成員國（注：沒有中國）。盡管“瓦森納安排”規(guī)定成員國自行決定是否發(fā)放敏感產(chǎn)品和技術(shù)的出口許可證，并在自愿基礎(chǔ)上向“安排”其他成員國通報(bào)有關(guān)信息。但“安排”實(shí)際上完全受美國控制。當(dāng)“瓦森納安排” 某一國家擬向中國出口某項(xiàng)高技術(shù)時(shí)，美國甚至直接出面干涉，如捷克擬向中國出口“無源雷達(dá)設(shè)備”時(shí)，美便向捷克施加壓力，迫使捷克停止這項(xiàng)交易。
不過據(jù)說這個(gè)協(xié)定對中國也不是完全禁售，只是禁售最新的幾代設(shè)備。瓦森納協(xié)議每過幾年都會(huì)更新禁售列表，比如2010年90nm以下的設(shè)備都是不允許銷售的，到2015年就改成65nm以下的了。
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