阻止再阻止，美国为啥不让荷兰把光刻机卖给中国？

欧凡001
01-07 21:26
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1月6日，路透社报道，美国政府为阻止荷兰半导体巨头阿斯麦尔ASML公司向中国公司出口极紫外光刻机（EUV）设备，对荷兰政府广泛施压。
光刻机是啥？美国为啥不让荷兰把光刻机卖给中国？
这就要说到半导体行业最重要的芯片制造了。

芯片是手机和电脑的大脑
芯片相当于计算机或者手机的大脑，我们需要手机做的任何工作都要通过芯片来处理。比如打王者时，鲁班在屏幕上的运动轨迹，需要芯片根据你的操作指令不断绘制。所有复杂的运算，最后都会把它分解成加法逻辑，晶体管只有0,1两种状态，加法逻辑最简单最快，其他运算都是通过ALU(算术逻辑运算单元)调用加法器来协调工作完成计算。
芯片十几亿个晶体管同时运作，计算速度非常快。为了减少CPU的功耗和体积，每个晶体管目前的大小都在纳米级。纳米有多小？只有我们头发丝粗细的5千分之一。十几亿个纳米级别的小晶体管组合起来的CPU也不过是长宽1厘米左右大小。
CPU的生产厂商怎么做的呢？
先提纯二氧化硅，也就是沙子，加热融化，变成高纯度的二氧化硅溶液，放在一个坩埚内，然后将一块很小的子晶放在坩埚中匀速转动，并且向上提拉，这样熔融的硅会沿着子晶向上长成一个圆柱体的硅锭，这就是单晶拉直法。有点像猴子捞月亮一样，一个小猴（子晶）在最上面，往上提拉，后面的小猴子就一个个拉着前一个小猴的屁股，从溶液里面往上生长，变成一串非常整齐的硅锭。
圆柱体硅锭经过金刚线切割后，变成一片片很薄的圆形的硅片。这就是晶圆，目前晶圆主流的尺寸在8英寸和12英寸，专门负责芯片加工的工厂也叫晶圆代工厂。
晶圆准备好，相当于芯片的底座做好了，可以开始往上面刻蚀芯片电路了。

切割好的晶圆
第一步开始铺胶：把晶圆薄片经过粘结助剂（六甲基二硅胺烷）疏水化处理后，然后光刻胶泵送系统在晶圆中心准确的滴入准确体积的光刻胶，同时晶圆高速旋转，将滴入的光刻胶极其均匀的覆盖在晶圆表面。这个过程中，晶圆转速，光刻胶用量，浓度，粘度都需要精确控制。
第二步量测：量测的过程是找平，虽然前面铺胶的过程已经非常平整，但是在高工艺要求下，需要更加完美的平面，因此需要扫描并探测出整片晶圆的光刻胶高度，并在后续曝光过程中进行焦距补偿。
第三光刻：将芯片电路刻画步骤一步步刻在不同的光罩上，光刻机的光线穿过光罩，照射在晶圆上。被光罩遮盖的光刻胶将保护衬底不被改变，而光罩镂空的地方，光刻机光线将穿过去照射在光刻胶上，使用显影液后，溶解掉被照射的区域，这样，光罩上的图形就显现出来。然后对衬底进行选择性的刻蚀或离子注入过程，一层电路就刻蚀在上面。
这种光刻过程需要重复多次，每次会用不同光罩，一层层光刻，一层层注入，最后形成完整的芯片电路。后面还需要切割测试封装，芯片就可以使用了。

光刻机
由于晶体管只有纳米大小，1纳米只有头发丝粗细的5千分之一，这要求光刻机精度非常高。比如在晶圆来回移动距离大概10厘米，光刻机伺服定位位置要准确到几十纳米级别，这相当于从距离1000公里的北京和上海之间来回移动，落点位置误差只有10厘米。而且如此高精度的移动，光刻机在零点秒就可以完成。
光刻机的激光光源控制也是非常困难的，要求波长非常短，波长越短光刻的刀锋越锋利，可以用于刻蚀的特征尺寸就越小，刻蚀过程对精度的控制越好。ASML最新的光刻机（EUV）,用的是波长很短的13.5纳米的极紫外光。
光刻机集中了光学，数学，流体力学，高分子物理与化学，精密仪器，自动化等多个学科的精华，为了实现完美的光刻工艺，工程师几乎把人类理工科智慧的精华全部用上了。所以，光刻机毫无疑问是人类工业最高科技含量的代表。
光刻机里面有十几万个超精密零部件，重量高达200吨。由于技术难度大，研发资金投入巨大，荷兰的ASML邀请美，德，日，韩出资，投资了几十亿欧元，花费几十年时间才共同研发成功。比如ASML的透镜来自德国的蔡司，光源是美国Cymer，ASML完成组装，价格昂贵，一台光刻机售价一亿美元，每年只生产20台左右。
荷兰的ASML光刻机现在能够做到3纳米工艺，而我国技术最好的中国微电子光刻机只能做到90纳米工艺，差距还是很大。这也是美国一直阻挠荷兰，不愿意把光刻机卖给中国的重要原因。

国产之光：华为麒麟芯片
之前有网友讨论，中国是航空发动机和国外最高水平比如美国F-135发动机差距大，还是光刻机和ASML差距大？毫无疑问是后者。我国的最新的航空发动机太行涡扇10，装备在第五代战机歼20上，性能还是不错，最多和美国的F-135差一代。但是中国光刻机和ASML差距就大了，至少差2代到3代。工艺极其复杂，造价昂贵的光刻机是半导体行业的核心，没有光刻机，高精度芯片没有办法生产。华为海思能够自主设计麒麟芯片，但是设计好了必须要送到台积电晶圆厂代工，自己没法生产。
一旦台积电停止为华为代工，没有高端光刻机技术，我们的高端芯片就会彻底断货，对于我国半导体行业就是摧毁性的打击。现在，我国在加紧光刻机的研发，中国半导体行业加油！
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发表于 2020-9-24 19:02
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