28nm国产光刻机千呼万唤不揭盖头,与A股炙手可热的国产半导体设备板块反差强烈,也让关注“芯片卡脖子”问题的国人多少有点郁闷。
不过,近日世界光刻机一哥ASML当家人的一席话,似又在郁闷中透露出一丝光亮。ASMLCEO温彼得(Peter Wennink)的原话较长,这里摘其大意:中国不太可能独立复制出顶尖的光刻技术……但我的意思并不是绝对不可能……永远别那么绝对,他们肯定会尝试的。
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如果这话听起来说了很多又什么也没说,那么20214月温彼得撂出的话就一点也不含糊:“出口管制将加快中国自主研发,15年时间里他们将做出所有东西……中国完全掌握供应链之后,欧洲供应商将彻底失去市场。”简单说就是,中国的光刻机15年就能追上ASML,那时ASML只剩破产一条路。
听着挺带劲,但是当真的话就输了。
目前,在EUV光刻技术这条赛道上挤满了欧洲、美国、日本、韩国等对手,他们都是行动一致的同盟,后来者很难撞开这堵墙,即使撞开也得不偿失。
EUV光刻技术是一个庞大的系统工程,光刻机是其中一个比较重要的环节,其它还包括光刻胶、掩膜、极高纯度晶圆、相配套的超高纯度化学清洗剂等等。如果把EUV光刻技术系统比作一个独立的世界,这个世界之庞大微妙,和我们熟知的“漫威宇宙”有一拼。在EUV光刻技术世界里,从“灭霸”到“惊奇队长”,甚至“路人甲”,都有自己的独门秘笈,即专利布局。
而从EUV光刻技术专利布局上,可以看出我们和国外的显著差距。
根据国家“02专项”服务团队编撰的《集成电路产业关键技术专利分析报告》(2018年出版),在EUV光刻技术专利最早优先权国家/地区的对比中,日本占比为45.5%,排第一位,美国占比为30.27%,排第二位,第三位为德国,占比13.5%,中国大陆地区占比为1.13%。由于专利最早优先权国家/地区反映的是技术的来源地,因此上述数据表明,日本、美国和德国是EUV光刻技术最主要的技术产出国,三者合计占比达89.27%,基本上垄断了当前最先进的芯片制造技术领域(见下图)。
从单个“选手”的实力或许更能窥见这个行业的端倪。
EUV光刻技术专利主要申请人TOP 10榜单上,排第一的为日本尼康公司,其次为德国蔡司半导体有限公司,第三名为ASML。英特尔公司排第10,看起来美国在EUV时代确实落伍了,但考虑到ASML受美国控制,蔡司和ASML又千丝万缕,实际美国通过幕后操纵的方式,在EUV时代刷了一波存在感(见下图)。
如果定量分析,会发现在TOP 10榜单上,日本无论是玩家占据的席位(10位占据6席),还是专利的绝对数量(1400项左右),甚至在产业链上都占据优势,涵盖光刻机、光刻胶、清洗剂、晶圆制造等上下游,远超美国和韩国。日本居然是EUV光刻技术的专利强国,这个结论出乎意料,相信颠覆了很多人的认知,会不会数据不靠谱?
答案是相当靠谱,因为报告编撰者身份足够权威。
先说什么是“02专项”。“02专项”全称是“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”国家科技重大专项,属于国家级重点科技攻关项目,而“02专项”服务团队就是面向上述项目提供学科情报服务与支撑的,作用主要是寻找全球高科技发展脉络的信息,梳理相关领域的专利申报情况,方便攻关企业把握方向,避免侵权和做无用功,毕竟别人已经申请过的专利,你劳神费力再搞一个,很是浪费资源。“02专项”服务团队成员来自中国科学院国家科学图书馆,所以其编撰的这份报告权威靠谱。
日本是EUV光刻技术专利大国,看似在意料之外,其实又在情理之中,毕竟日本也曾是芯片大国,在DRAM芯片时代曾一举击败美国。后来在美国的打压下,日本半导体产业崩溃萎缩,现仅剩下半导体材料和设备在全球产业链保持较大的存在感。
有这些厚实的底子在,日本虽然没能制造出EUV光刻机,但并不缺少EUV光刻技术专利。说到这里需要额外提一句,光刻机的演化遵循围绕光源演化的规律,即光源的波长越来越短。
换句话说,EUV光刻机尽管相比DUV光刻机更先进,但没有强大的DUV光刻机制造研发技术打底,就很难制造出EUV光刻机,如果将能制造DUV光刻机比作硕士水平,那么制造EUV光刻机相当于博士水平。在DUV时代,ASML和尼康属于光刻机山头的两只猛虎,只不过后来尼康败下阵来,但尼康的G-lineI-line步进式光刻机、投影式光刻机至今仍被全球晶圆厂大量使用。
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这就带出另一个问题,即有没有跳级的可能,比如直接从本科读博士?在考试升学的路上,本科跳级读博士,确实有小概率事件发生,但在超级精密的EUV光刻机制造领域,绝无可能:日本硕士升博士失败,美国、德国靠抓紧ASML混了个旁听资格,韩国仍然在本科升硕士的路上,我们则在韩国之后(EUV光刻技术专利最早优先权国家中,韩国的占比是5.25%,中国大陆为1.13%)。美国、日本曾先后称霸光刻机市场,韩国是现在的半导体制造强国,都没能按部就班升学成功,这些案例说明,在以EUV光刻机为代表的高科技制造领域,根本就没有弯道超车。
《集成电路产业关键技术专利分析报告》公开的中外专利数据差距,不仅揭示了国产光刻机需要追平的巨大技术差距,还表明了EUV光刻技术专利墙的深沟高垒:竞争对手将所能申请的专利挖掘殆尽之后,后来者的腾挪空间也基本被压缩完毕,每前进一步,都面临侵权的风险。
前文ASML CEO说中国冲击顶尖光刻技术时,话里没有用“研发”而用“复制”,也是有原因的,毕竟专利墙的深沟高垒挡在那儿呢。从这个角度说,国产光刻机以追上ASML为目标,其实毫无意义,付出的资源和获得的回报极不相称。在当下,缩小DUV光刻机的技术差距,完成大于7nmDUV光刻技术的全产业链国产自主,才是重中之重,毕竟卡脖子主要就卡在28nm7nm光刻技术之间。
当然,不追ASML不等于躺平,解决半导体卡脖子的道路不少,除增强自身研发能力、用高价值的专利授权和欧美的互相授权外,另一条就是换条赛道竞争。当大家都在一条起跑线时,中国制造就可以己之长、攻彼之短,典型如汽车,在燃油车时代,由于发动机和变速箱的技术差距,国产汽车追了30余年也难以凑到外资汽车的牌桌前,但电动汽车时代来临后,国产汽车就可以和外资汽车平等坐到牌桌前。我们现在大力发展第三代半导体和量子计算机,不仅因为它们关乎国产半导体的现在和将来,更大的希望是换条赛道,在同一起跑线竞争。
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那么ASML CEO前文的15年被中国追上的言论如何理解呢?其实人家的意思是希望美国松松口,让ASML多卖几台高端光刻机给大陆晶圆厂,毕竟现在光刻机价格正于高点,卖得多,财报数据就越漂亮,股价和薪酬就越高!
近日,ASML发布的2021财年最新财报显示,公司在2021年的净销售额为186亿欧元,同比增长35%;净利润59亿欧元,同比增长63.9%。净利润增速大约是营收增速的1.83倍,可以看出在2021年的缺芯使ASML赚到手软,但中国作为全球最大的半导体设备市场,如果ASML的光刻机不能自由销售,上述增速将很难维持。
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