光刻机何时造出来？一场“电动车革命”正在发生

　　文王新喜
　　如果在10年前或者20年前，要问我们何时造出燃油车发动机，我们可能依然无法解答这个问题，汽车产业尤其是发动机技术，欧美日本领先中国太多，中国从一开始基础就落后，长期以来这方面的专利与技术掌控在日本欧美手里，燃油车发动机就是我国汽车产业的最大瓶颈。如果有人要在发动机上卡我们脖子，那汽车产业就会面临非常危险的境况。
　　如今电动车的大潮，三电技术实现了弯道超车与破局，这是打破瓶颈的最有效的方法。
　　其实放到光刻机领域，我们发现其实面临着同样的难题。在今天，光刻机技术的破局是国内社会各界非常关注的一个话题。光刻机是制造芯片的机器，而芯片是整个手机的大脑。
　　所有人都在期待着国产EUV光刻机的出现，从而将国内的芯片制造技术推向7nm乃至更高的制程，打破芯片被卡脖子的问题。
　　事实上，当前一场光刻机市场的“”电动车”革命暗潮正在发生。
　　造光刻机，难在哪？
　　但光刻机何时能造出来，相信大家心里都没底，因为这不是砸钱就能解决问题的。
　　涉及光刻机的核心技术层面的东西都在国外企业手里。芯片制程只要进入7nm，所生产芯片用的晶元仪器就得使用荷兰ASML公司的EUV光刻机，因为EUV光刻机的制程精度是当下最高的，能有效提升高端芯片产品在生产过程中的良率，也只有EUV光刻机才能够对它进行大规模加工，增大产出效率。
　　但由于在这方面的基础底子落后，中国缺乏发展先进的晶片生产的先进技术，也很难掌握EUV光刻技术。
　　一台光刻机有10万多个零件，涉及的每一步都需要最先进的工艺与零件。ASML公司的EUV光刻机，需要顶级的镜头和光源以及极致的机械精度与复合材料，光源采用美国的Cymer，透镜是德国的蔡司，复合材料是来自日本等等。
　　光刻机的激光，镜头，双工台，都是精密仪器的顶尖水平，其中，光刻机有两个同步运动的工件台，一个载底片，一个载胶片。而双工台是控制套刻载体，要求极高的稳定性和精确性两者需始终同步，误差在2纳米以下。它的原理就是类似把电路图缩印到晶圆“纸”上。
　　问题是，这个电路图不是画到A4纸上，从其精度来看，相当于是把电路图画到一粒沙子上，某业内人士打了一个比喻，同步运动的工件台机制相当于，把这个沙子放到一个赛车的挡风玻璃上，让你开另外一辆赛车，一边追一边在这一粒沙子画电路图，还不能出错。
　　SMEE总经理贺荣明也说了一个类似的比喻：“相当于两架大飞机从起飞到降落，始终齐头并进。一架飞机上伸出一把刀，在另一架飞机的米粒上刻字，不能刻坏了。”它需要结合光学、材料、控制、电子、机械、化学等最顶尖的技术。
　　全球最顶尖的光刻机生产商，全球最大的半导体设备制造商之一，他一年的光刻机产量也就不到40台。
　　从一个业内流传很广的说法来看，做出光刻机的难度比原子弹还要难，其实也不算夸张。
　　毕竟，这个世界上，核武器大国有多个，但还没有一个国家可以凭借一己之力，完全不依靠别国的零部件与技术就能单独生产光刻机。ASML生产光刻机，还有近80的零件是向外采购的。
　　从现存光刻机的难度来看，如果顺着它的技术路径去一个一个破局，其难度是非常之大，ASML研发EUV前前后后差不多有20年，并且集成了全球顶级技术。即便发展到今天，它还在持续投入研发资金，护城河壁垒越来越高。其他玩家要在原有路径上追赶乃至超越，基本上不可能了。
　　寻找替代EUV光刻技术，已经是一股暗潮
　　因此，从目前来看，许多厂商都在另辟蹊径，试图寻找另一条替代EUV光刻技术的途径，以生产更先进的工艺。
　　比如英特尔公司最近开发了一种叫做FoverosDirect的新3D堆叠、多芯片封装技术。该方案可以用于多个芯片的混合封装，既可以将CPU、GPU、IO芯片紧密地连接在一起，也可以将各个芯片制造商的芯片进行混装。
　　日本铠侠公司与佳能合作，研发了一种新的NIL量产技术，即将纳米图形的印迹转移到芯片上。其原理是以机械复制品为基础，利用印刷技术和微电子制造技术相结合，是一种电子束刻蚀技术，它解决了光学衍射所带来的分辨率限制，使电子线路宽度更小。
　　根据铠侠公司的说法是，其功耗比EUV光刻机低10，技术电路精细程度将在2025年达到5nm，与目前已实用化的极紫外光（EUV）半导体制程细微化技术相比，NIL更加减少耗能且大幅降低设备成本。
　　不过，目前NIL还存在包括更容易因细微尘埃而形成瑕疵等问题，铠侠方面也表示正在完善量产技术，希望能率先引入NAND生产，未来能应用于手机应用处理器等最先进制程。
　　此外，不同于EUV的UV技术，俄罗斯莫斯科的MIET公司开始自行研制的X光光刻机，采用的是X光技术，一般来说，光刻器件的性能越好，其波长越短，其曝光的清晰度也就越高。
　　根据业内的透露，EUV的UV波长为13。5nm，X射线波长介于0。0110nm，单从波长上来说，X光刻机优于EUV光刻机，而且无需直接光刻，成本也得以降低。但是X射线一个短板是穿透力很强，仅适用于直接写入光刻，这样一来会导致处理速度过慢，这也是MIET技术目前面临的一些问题。
　　此外，还有Chiplet技术也站在了风口，Chiplet就是芯粒，也被叫做小芯片。传统SoC路线下，处理器、存储器、信号、电路模块全部集成到一个芯片上，Chiplet技术是通过先进封装技术，通过dietodie将模块芯片和底层基础芯片封装组合在一起，像搭积木一样把许多小芯片（Chiplet）集成在一起，去实现集成以后的芯片系统。这种技术也在当前国产芯片破局方面被寄予厚望。
　　从目前来看，寻找替代EUV光刻技术，已经是一股暗潮。
　　光刻机领域，也需要一场电动车革命
　　某种意义上，光刻机这种更高端的产品，类似于高端数控机床以及燃油车发动机等高度精密机械的产品竞争。光刻工艺直接决定了芯片中晶体管的尺寸和性能，这种工艺技术是随着时间不断叠加优势，壁垒也是不断往前推进的，后来者沿着它原有的路径其实很难突破技术壁垒。
　　其实如果要超越它，寻找另一种技术替代方案与路径可能会是更现实的走法。其实电动车对燃油车的革命是这种弯道超车的最好诠释。
　　我们知道，国产燃油汽车目前还造不出顶级的发动机，其实就是一方面在于过去整体汽车工业基础相对薄弱，在积累上被日本欧洲的专利拉开了不止一个时代，在整体技术、材料、机械工艺等方面的差距也非常大。
　　日本在燃油车时代的优势非常强悍，从发动机、底盘到变速箱再到众多汽车零部件，几乎全球所有车企都离不开日本制造的“技术”。尤其是在电子控制元件、电子控制模块以及自动变速器三大关键零部件领域，全球几乎都被日本垄断。国产燃油车与日本燃油车的差距更不止一代以上。
　　日本相对于中国在燃油车时代的优势，与荷兰光刻机当前面临的困难类似就算给你图纸，你把将日本发动机的零件拆了，也仿造不出来。
　　造发动机与造精密机床、造光刻机的难度有类似之处都是精密的机械制造，对技术工艺的精度要求非常高，每一道工序，每一项配料，每一个细节，都不能马虎。
　　比如燃油车发动机元件制造，是用沙模铸造。沙模里有很多的孔位和空缺位，需要由非常精密的机器进行雕刻，哪怕是一毫米的误差，都有可能导致无法组装，甚至可能会报废，目前其中需要用到的机密机床，也是主要是德国、日本领先。此外包括浇筑工艺以及零部件的孔轴连接，都涉及到精密的工艺技术，其中有很高的门槛。
　　总的来说，不仅是中国，包括其他许多国家要在燃油车三大件领域与日本竞争都基本没戏，也无法绕过日本的专利，也因为如此，后来的情况我们看到，大量汽车品牌开始把研发的重点放在新能源电动化、自动驾驶、车联网等方向上了，绕开了燃油车的精密机械制造的壁垒。
　　目前来看，电动车绕过了燃油车在变速箱与发动机这两个最大的技术壁垒，通过电车三大件电池、电机、控制器改变了汽车的驱动模式，电子电气架构采用类似手机的集中式、分层的架构，ECU（控制单元）的数量只有10个，做到了软硬件解耦，形成了一种全新的软件定义汽车的模式。
　　因此，我们如果对比电动车对燃油车的革命，以及当前出现了替代EUV光刻机的暗潮，我们从中看到了类似之处。
　　一个产业如果被一家厂商在某项关键技术上卡脖子，并且已经有了制裁的先例，往往会导致一种全球性的焦虑，当全球众多国家都开始寻找替代方案或者其他技术路线的时候，这个时候，原有的垄断巨头可能已经危机暗伏。
　　围绕燃油车核心零部件构建封闭性、垄断性的专利，其实是日本燃油车产业的昏招，这意味着日本在燃油车赛道吃独食，整个全球产业链都绕不过它，它没有形成利益共享格局，这也限制了日本的发展格局。
　　从如今全球都在向新能源转型发展电车的当下，日本燃油车已有走向衰落的趋势，传统的三大件壁垒价值也在遭遇危机。
　　从目前来看，ASML对整个全球构成了绝对性的垄断地位，但它也无法满足各国对光刻机的需求，而围绕ASML的高端光刻机技术的人才，不仅中国，在其他国家都极度匮乏，围绕其原有路线去研发，要耗费巨大的成本，还有漫长的时间。
　　因此，从整个光刻机市场来看，也急需一场电动车革命，来绕开ASML生产的光刻机的技术路线，事实上，从以上几个国家与企业的各种替代方案的路径来看，这场电动车革命暗潮也正在发生。
　　在国内一些业内人士看来，先进制程逼近物理极限，Chiplet可能是延续摩尔定律的重要手段。从目前的技术路径现实性角度考虑，Chiplet技术可能非常适合国内在芯片卡脖子背景下，破局芯片国产替代瓶颈，实现弯道超车的一个技术路线。
　　而综上从目前的行业动向与变局来看，中国光刻机被卡脖子，也让国内与其他国家开始有了危机感，许多国家也在试图寻找替代方案，一旦替代EUV光刻机成为一股暗潮，可能光刻机迟早会逐步走入一条新的技术路线。
　　这种改变正在发生。这类比过去多年中国汽车产业困于燃油车的三大件的壁垒无力突破，如今通过电机、电控、电池三大件实现了破局，因此，可以类比芯片行业的类似趋势，我们也不会永远受制于人，技术的发展趋势不会沿着原有路径一直走下去，而是会在岔路口出现新路，光刻机市场的“电动车”革命或迟或早会迎来爆发，我们拭目以待。
　　作者：王新喜TMT资深评论人本文未经许可谢绝转载