中國為什麼買不到EUV光刻機?

2020-11-06 08:55 作者: 康斯坦丁

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【看中國2020年11月6日訊】自從中美貿易戰開始之後,普通人對晶元製程的理解日益加深,也正因日益加深,才會對「自主研發、製造晶元」這事兒看得更理智一些,更確切地說:滿腔熱血,一瀉千里,換來的是深深的絕望。

要製造高端晶元,需要10nm以下的製程,目前台積電、三星都擁有7nm生產線,佔據著晶元代工業70%以上的份額。而要達到如此高精度製程就需要高端的光刻機,目前,僅有ASML生產的EUV光刻機能滿足需求。尷尬的是,EUV光刻機每年的產量僅有幾十臺,而且早就被人提前預定,包括台積電、三星、英特爾,他們早就有先見之明,成為ASML的股東,享有EUV光刻機的優先採購權。相比之下,中國企業雖然有政府扶持、有知恥而後勇的決心,有大把的錢,但就是買不到EUV光刻機。除了產能緊張之外,更重要的原因是:中國企業還配不上10nm晶元製程。

最近十年,中國經濟發展迅猛,比之歐洲的債務危機、日本企業倒閉潮,要光鮮得多。中國不僅有全球密度最大的電子產業代工廠,還湧現出華為、OPPO/Vivo、小米等品牌。如果再配上的市場,我們的企業理應有很好的前途,但美國的一紙晶元禁令讓我們的步伐有些踉蹌,繁榮盛世背後多少有點兒「心酸」的成分。

堪比登月,光刻機製造為什麼難產?

台積電生產線前期的投資通常高達幾十億美金,要想盈利,良品率break even point高達90%,而晶元製造的流程都在1000個工站以上,這就意味著單工站的良率要達到99.999%才能最終實現90%的總良率,可見晶元製造難度非常大,但最起碼,很多企業還能虧著本兒去模仿三星和台積電,既然生產不出來7nm,那就生產90nm的晶元。相比之下,光刻機的製造比晶元的製造難度更大,簡直不是一個重量級的。有人調侃說:光刻機製造難道比登陸月球還困難嗎?ASML董事長回答說:是的,比登月還難。

目前,最先進的光刻機是由荷蘭ASML生產的EUV光刻機。如前文所述,台積電、三星的7nm製程都離不開它。事實上,一旦晶元的製程要求在22nm以下,就必須要採用EUV光刻機,截止到目前,全球僅有ASML可以供貨。其最新一代的EUV光刻機,單臺設備裡超過100000個零件、40000個螺栓以及3000多條線路,僅僅軟管加起來就有兩公里長。如此龐大的設備,重量足足有180噸,從荷蘭運輸到臺灣時,需要將之拆解,裝到40個貨櫃裡。單就看一眼如此密密麻麻的零件數量,就足以令普通人發懵。有參與製造的工程師在看到EUV光刻機的圖紙時說:這真是一件藝術品,美不勝收,同時複雜程度又令人感到恐懼。基於如此複雜精密的設計,EUV光刻機的性能也日益強大。最新一代的機器已不需要多重曝光,首次就能爆出想要的精密圖形,在生產週期、複雜程度、工藝控制、良品率方面都有顯著提升。毫不誇張地說,摩爾定律就是由EUV光刻機完成的。

EUV光刻機是如此精密複雜,價值連城,自然匯聚了大量的底層技術。這些技術牽扯到一個叫瓦森納協議的專利保護聯盟,全球有42個國家是其成員國。如果AMSL想要向中國銷售EUV光刻機,必須通過全部成員國的同意。顯然,美國也在這個聯盟裡,而且有著非常強大的話語權。更尷尬的是,即便中國企業買回EUV光刻機也不會用。

文化缺失,中國不能奢望短期彎道超車

在過去二十年,中國的確取得了舉世矚目的經濟成績,以至於媒體動不動就說:中國在某些領域彎道超車,比如高鐵、基建等等。於是,在晶元剛剛被人卡到脖子的時候,輿論也是躊躇滿志,覺得自主做晶元不是什麼難事兒。彼時的輿論更多的是感性,奢望憑著一股子精神力量就能於晶元領域彎道超車,但如前文所述,當我們對晶元製造以及光刻機理解越深刻,就越會感到絕望。最起碼,不會天真地高喊:彎道超車什麼的。

顯然,不可能依靠哄搶EUV光刻機來快速實現高端晶元製造。縱然是我們能搶到一兩臺EUV光刻機,也不會用,更不會維護。要知道,EUV光刻機設備可不像電冰箱、電視機或者iPhone手機,買回去就能順利使用,而是需要非常專業的技術團隊進行調試。業內人士透露,一臺光刻機需要2000位工程師協同調試,從粗調到精調,再到持久的運行狀態,至少需要經歷1.5年時間,這也是為什麼台積電、三星在升級晶元製程時,都要以「年」為單位。調試團隊的2000位工程師基本上屬於天才類型的人,ASML縱然能生產出更多的硬體設備,也始終無法在全球各地安排如此大規模的運營團隊。這個層次的經營就要講究緣分了,說得難聽點:如今企業的水準,還遠遠配不上EUV光刻機,更無法要求2000位天才陪跑,就不要奢望什麼「彎道超車」了。

或許,舉國體制、集中精力辦大事能縮短衝刺的時間,但晶元製造行業肯定無法短期搞定,而是需要一種深層次的「文化氛圍」來長期烘焙。事實上,評價一個國家和社會有三種層次,分別是技術、制度和文化,強勢文化造就強者,弱勢文化造就弱者。這裡的強弱不特指軍事力量,而是包括尊重自然規律、探索本質、學以致知、認真對待基礎學科等行為。顯然,歐洲、美國、日本在晶元領域推行強勢文化,追求摩爾定律,追求舉世無雙的光刻機,長期積累下來領跑全球,而中國一向是弱勢文化,總喜歡Copy,總喜歡等救世主降臨來協助自己。從宏觀上來講,如此文化是造成我們在科技電子領域遠遠落後的重要原因。

痛定思痛,中國是時候來革新自己的文化了。

責任編輯:宇真

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