日本荷兰加入芯片联盟，DUV光刻机遭禁，45nm国产芯片告吹？

　　彭博社报道，日本和荷兰加入＂限芯令＂行列，建立共同联盟限制中国获得先进光刻机。
　　这意味着我们不仅无法获得新进的EUV光刻机，就连中高端的DUV光刻机也受到限制。
　　DUV光刻机可用于10nm—45nm的芯片制造，如果受到限制，就意味着成熟工艺的14nm、28nm、45nm芯片全部受到影响。这将对我国的工业、汽车、消费、甚至军工产生很大的影响。
　　那么问题来了，14nm—45nm芯片究竟有多重要？我们如何破解光刻机难题呢？14nm—45nm芯片重要性
　　目前台积电、三星已经量产3nm芯片，那么是不是14nm、28nm、45nm、这类成熟芯片就没用了？
　　其实并非如此。14nm—45nm芯片广泛应用于新能源汽车、自动驾驶、家电、通信等领域，它比7nm以下制程芯片具有更广泛的适用性。
　　7nm及以下制程的芯片主要应用在智能手机、平板、部分PC（AMD芯片）以及先进的超算。
　　此外，部分汽车芯片，例如高通8155、吉利＂龙鹰一号＂、特斯拉HW 3.0等也开始采用7nm及以下制程。
　　而14nm及以上的芯片广泛应用于航天、工业、大部分汽车、部分消费芯片。根据相关数据，14nm芯片占全部芯片市场的82%左右。
　　航天级芯片
　　航天级芯片对工艺制程要求较低，但对工作环境、安全性能要求很高。
　　工作环境要求在-55℃—125℃之间，同时要求芯片具有多重短路保护、多重热保护、超高压保护。
　　设计时，就要把辅助电路、备份电路、多级防雷、双变压器、抗干扰等功能加入芯片中。
　　同时要求芯片耐冲击、耐高低温、耐霉菌。这样的芯片自然造价更高、维护费用也极高。
　　但制程方面基本都在45nm—150nm之间、甚至更高制程。
　　工业级芯片
　　工业级芯片对工艺制程要求也不高，基本都是28nm以上的成熟工艺。
　　但要求芯片适应-40℃—185℃的环境，同时要求具有多级防雷设计、双变压器设计、抗干扰设计、短路保护、热保护、超高压保护等。
　　很多工业设备处在潮湿环境中，因此工业级芯片还要具备防水、防腐、防潮、防霉变、自检功能。
　　工业级芯片造价同样很高，但它的维护费用相对较低。
　　车规级芯片
　　寒冷的冬季户外温度可低至-20℃，汽车长时间行驶后发动机温度达到100℃以上都是常事。因此车规级芯片要求适应-40℃—125℃的环境。
　　此外还要求具有多级防雷、双变压器、抗干扰、多重短路保护、多重热保护、超高压保护等功能。
　　车规级芯片对自检、散热要求更高，同时造价及维护费用也很高。
　　其实车规级芯片（包括座舱、无人驾驶）14nm制程足够使用，但是台积电为了打压对手，拿到更多的订单，开始将车规级芯片向7nm、甚至5nm迁移。
　　消费级芯片
　　消费级芯片要求最低，设计温度为0℃—70℃，要求具有防雷设计、防水设计、短路保护、热保护等。
　　消费级芯片尤其是手机、电脑对芯片的制程要求要高，目前手机芯片已经迭代到4nm、下半年会出现3nm芯片，电脑芯片也迭代至了7nm。
　　通过对比，我们可以看出14nm—45nm芯片可以满足航天、航空、工业、汽车的应用，而消费级芯片除去旗舰手机、PC外，14nm也可以正常使用。
　　如果我们能够打造一条纯国产的14nm芯片产业链，不但可以满足我们的需求，还可以极大的压缩对手的芯片空间。
　　至于部分智能手机、PC需要的7nm以下芯片，可以慢慢迭代。
　　但是，就在我们着手打造国产芯片产业链时，突然出现了一件棘手的问题——＂光刻机＂受到限制。先进光刻机被ASML掌控
　　芯片制造类似于洗照片，不同的是照片是将图像放大，而造芯片是将图像缩小。最大的区别就是造芯片比洗照片难度大多了。
　　举个例子： 让你在一张A4纸上画一个电路图很容易，但画一幅清明上河图呢？难度大多了吧！
　　那么将清明上河图雕刻在大米粒上呢？那就是不是手工可以做到的，如果这颗米粒在速度为100Km/h的汽车上呢？这就需要光刻机这类精密设备了。
　　光刻机又名曝光机，是制造微机电、光电、二极体大规模集成电路的关键设备。
　　光刻机按用途分为前道光刻机、后道光刻机、面板光刻机。前道光刻机主要用于芯片制造，后道光刻机用于封装测试、面板光刻机则用来制造面板。
　　我们这里主要讨论用于芯片制造的前道光刻机。根据光源前道光刻机分为G线、I线、KrF、ArF、EUV5代：
　　G线、I线属于紫外光源，通过滤波后剩下了其中的G线（436 nm）和iI线（365 nm）
　　KrF、ArF属于深紫外光源（DUV），KrF采用了248nm光源、ArF采用了193nm光源。
　　EUV就是极紫外光，波长仅为13.5nm。
　　其中，EUV光刻机最先进，精密度也最高，价格高达1.2亿美元/台。主要用来制造7nm及以下工艺的芯片，市场占有率不足20%。
　　DUV光刻机包括KrF、ArF干式和ArF浸没式，是芯片制造的主力设备，图像传感器、功率IC、MEMS、模拟IC，逻辑IC等都采用DUV光刻机进行生产。
　　仅是浸没式DUV光刻机就可以制造10nm—130nm的芯片，市场占有率达到了62%，整个DUV光刻机市场则高达80%。
　　G线、I线逐渐被淘汰，市场占有率一直下滑。
　　那么这些光刻机都由哪些公司制造的呢？
　　EUV光刻机全部由荷兰ASML制造，仅此一家再无分店。
　　EUV光刻机技术十分复杂，ASML也仅掌握了其中的10%，其余技术和零部件均来自2000多家供应商。
　　即便是ASML这10%的核心技术也不是偶然得来的，它得益于EUV LLC联盟。
　　EUV LLC联盟包括美国的三家国家实验室（劳伦斯利弗莫尔实验室、劳伦斯伯克利实验室、桑迪亚国家实验室）以及IBM、AMD、摩托罗拉等公司。
　　ASML加入了EUV联盟后，又收购了美国Brion公司、Cymer公司，才掌握了EUV光源技术。
　　为了保证零部件的供应，又和德国蔡司、牛津仪器、飞利浦、德国计量研究院等加强合作。
　　当然，这样一家公司自然少不了美国资本的渗透，甚至英特尔、台积电、三星这些大股东的背后都有美国资本的影子。
　　ASML还占据了82%的DUV光刻机市场，剩余18%被尼康、佳能掌控。
　　DUV光刻机中最关键的就是浸没式ArF光刻机，这款光刻机在双工作台下，多次曝光后可以制造出10nm芯片。
　　浸没式技术由台积电的林本坚提出。
　　当时的光刻机龙头是尼康，尼康被卡在了193nm光刻技术上，因为KrF光刻机的光源就是193nm。
　　此时，林本坚提出用液体替代空气作为介质，理论上可以折射出132nm的光线。但这个方案被尼康拒绝了。而ASML看到了商机，找到了台积电，希望合作，共同打造浸没式光刻机。
　　2003年，ASML和台积电共同推出第一台浸没式光刻机，直接超越了尼康。
　　当尼康在2006年推出浸没式光刻机时，ASML和台积电已经合作制造出了45nm芯片，将摩尔定律向前推进了4代。
　　市场被ASML占据，尼康彻底让出了光刻机龙头的宝座。
　　直到现在，浸没式光刻机也只有ASML和尼康可以制造，市场上再无第三家。
　　那么除了荷兰ASML和日本尼康外，我国就没有光刻机企业吗？当然有！上海微电子！
　　那么上海微电子研发的光刻机是什么水平呢？能否满足日常需求呢？国产光刻机性能如何
　　目前上海微电子已经制造出了90nm光刻机，这里所说的90nm不是光源的波长，而是这款光刻机可以制造90nm芯片。
　　上海微电子的90nm光刻机就是SSX600/20系列，其采用了四倍缩小的物镜、工艺自适应调焦调平技术、高精度自减震六自由度工件台，可以满足90nm芯片制造。
　　而ASML的EUV光刻机可以制造3nm芯片，领先上海微电子6代。
　　90nm芯片根本无法满足我国芯片的日常需求。
　　抛开智能手机芯片，国产龙芯CPU也需要14nm工艺，车规级、工业级芯片也已经迭代到了28nm，只有航天军工类芯片在90nm制程以上。
　　一个国家总不能天天造航天芯片，时刻处于战斗准备中吧！工业、汽车、消费类芯片才是真正创造利润的，也是支撑国家发展的中流砥柱。
　　所以，上海微电子制造的光刻机在工艺制程方面已经严重落后了，更要命的是它的稳定性和生态方面也不行。
　　芯片投入动辄几亿、十几亿，生产时因为设备不稳定导致批量报废，这任谁也接受不了，所以上海微电子的光刻机仍需要大量时间进行打磨、调教。
　　光刻机同样需要生态，因为光刻环节还要与涂胶、湿制程、蚀刻、清晰等设备配合，如果不匹配，使用过程将会繁杂几倍。
　　网上很多消息称，上海微电子已经攻克28nm光刻机，实际上这些消息都夸大其词了。
　　要知道，上海微电子在2007年就已经研发出了90nm光刻机，但直到2018年才宣布量产。为什么呢？这11年干了些什么工作呢？
　　当时，90nm光刻机采用了德国蔡司的镜头，然而很快蔡司断供了。没有镜头是无法量产光刻机的，因此只能自主研发。
　　中科院长春物理所用了11年，研发出了合格的镜头，才让上海微电子能够量产90nm光刻机。
　　如今，28nm光刻机需要的镜头更加精密，光源系统也更加精密，如果加上双工作台，浸没式系统，那将是巨大的难题。
　　目前，全世界没有任何一个国家同时突破镜头、光源、工作台、浸没式技术，哪怕是荷兰ASML、日本尼康也要借助外力。
　　此时，让一个发展中国家独立研发28nm光刻机，可以想象它有多么困难，需要耗费多少人力、物力、财力和时间。
　　所以，短时间内根本无法突破28nm光刻机技术，即便侥幸突破了，量产、提高稳定性、良品率、打造生态也需要大量时间。写到最后
　　荷兰、日本加入芯片联盟，对我国在DUV光刻机领域实施封锁，着实令国产芯片压力山大。
　　但此时，我们绝不能自己泄气、妥协，毕竟光刻机研发再困难，也不至于像上甘岭、长津湖那样惨烈。
　　但是没有光刻机，未来有一天我们或许会再次面临上甘岭、长津湖那样的惨烈战斗。
　　所以，从现在起用＂两弹一星精神＂去研发光刻机，胜利迟早是属于我们的。
　　我是科技铭程，欢迎共同讨论！