美国|凭借一国之力能搞出光刻机吗？
_原题为 凭借一国之力能搞出光刻机吗？
【文/科工力量 柳叶刀 陈辰】
上期节目我们聊了国产芯片 ， 一个很大的难点 ， 就是光刻机 。 美国一直阻止荷兰设备商ASML对华出口极紫外光刻机 ， 也就是EUV ， 这种做法就是典型的将商业问题政治化 。 ASML如果遵守美国禁令 ， 不仅意味着经济损失 ， 也有可能失去全球最大的市场 。
光刻机有高端的 ， 也有低端的 ， 像EUV就是高端的 ， 它可以制造7nm以下的芯片 。 美国的禁令是 ， 高端设备不准卖给中国 ， 极紫外光刻机属于管制范围 。 《中国制造2025》曾将这种光刻机列为重点突破领域 ， 并计划在2030年实现国产化 。
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为了不让荷兰将最先进的光刻机卖给中国 ， 白宫可是操碎了心 。 他们多次向荷兰施压 ， 阻止最先进的光刻机出口中国 。 2018年5月 ， 中芯国际向ASML订购了一台EUV光刻机 ， 价值1.5亿美元 ， 计划2019年交付 。 结果被美国盯上了 ， 接下来几个月里 ， 美荷双方连续开了四场会议 ， 讨论直接封杀这笔交易的可能性 。 当时 ， 美国的出口条例已经修改 ， 外国公司出售给中国商品 ， 如果含有超过25%的美国技术 ， 就必须得到美国政府的允许 。
企业都是以盈利为目的 ， ASML公司本身也想推动这笔交易 。 2018年 ， 该公司在中国的营收占到销售总额的20% ， 超过在美国的16% 。 去年6月 ， 蓬佩奥访问荷兰 ， 要求首相吕特阻止对华出口先进的光刻机 。 吕特的回应是 ， 虽然荷兰想要与盟国保持政策一致 ， 但“每个国家都必须做出自己的安全决定” 。 后来 ， 他访问华盛顿 ， 白宫官员向他展示了一份情报 ， 内容是“中国获得光刻机可能带来的后果” 。 吕特回国后 ， 荷兰政府立刻禁止ASML对华交易 。
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半导体产业70年历史中 ， 光刻技术的改进 ， 不断推动芯片制程的升级 。 在集成电路出现之前 ， 电子器件靠手工连接 。 二战时 ， 美国的航空母舰有35万个电子设备 ， 需要上千万个焊接点 ， 这导致维护工作繁琐 ， 很容易出现设备短路失灵 。 为了保证复杂的电路稳定工作 ， 贝尔实验室想出了一个办法 ， 将这些的电路集成在指甲盖大小的硅片上 ， 怎么实现呢？受到投影仪和照相机的启发 ， 他们将设计好的电路投射到硅片上 ， 以光为刀 ， 按照硅片上的阴影 ， 雕刻电路 。 这就是光刻机的原型 。 贝尔实验室手握很多专利 ， 光刻技术就是其中之一 。 为了让更多的企业受益 ， 美国政府以反垄断法威胁 ， 逼迫贝尔实验室释放技术 ， 后来的美国半导体巨头 ， 就是这样培养起来的 。 像GCA、Perkin Elmer等公司 ， 获得光刻技术后 ， 马上推出自己的光刻机产品 ， 占据市场主导地位 。
可到了80年代 ， 一切都变了 。 日本超越美国 ， 成为半导体第一大国 。 全球前10大半导体公司 ， 日本占了6家 ， 而且前三名都是日本企业 。 当时 ， 日立、东芝、富士通的产品 ， 成为“高质量”的代名词 ， 良品率远高于英特尔、德州仪器 。 佳能、尼康研制的光刻机 ， 占据近一半市场份额 ， IBM、AMD几乎是堵在它们生产线门口 ， 等着产品下线抢购 ， 就跟我们今天急切等待EUV光刻机交货一样 。
日本的半导体产品疯狂涌入美国 ， 美国公司的市场份额直线下降 ， 英特尔甚至准备放弃抵抗 ， 宣布破产 。 白宫一看 ， 照这样下去 ， 整个硅谷都会被日本碾压 。 开始采取反制措施 ， 一是 ， 对外祭出关税大棒 ， 对日本的半导体征收高额惩罚性关税 ， 限制其出口 。 二是 ， 对内组建半导体制造技术联盟Sematech ， 英文名是“ Semiconductor Manufacturing Technology” 。 该组织由美国14家半导体龙头企业组成 ， 包括英特尔、IBM、美光、惠普、摩托罗拉等 。
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联盟中的成员都是各家公司最优秀的研发人员 ， 他们在这里的工作 ， 并不是研究具体的半导体技术 ， 而是开发最先进的半导体设备 。 因为该组织通过前期细致的调研发现 ， 设备是芯片制造的基础 。 如何改进制造流程、更好的使用设备 ， 相当于现在台积电和中芯国际所做的业务 ， 只有垄断设备制造 ， 才有更强的议价权利 。 Sematech总体上非常成功 ， 1995年 ， 美国半导体产业全面恢复国际竞争力 ， 特别是半导体设备制造领域 ， 美国的地位至今无人可以撼动 。 Sematech是产业界发起的 ， 美国政府参与运营和管理 ， 国防部还专门为其设置专项经费 ， 每年1亿美元 。
不过 ， Sematech存在一个问题 ， 对非主流技术不够重视 。 当时光刻技术不是芯片产业的核心问题 ， 佳能、尼康的光刻机市场份额超越美国后 ， 美国企业可以接受这两家日本供应商 ， Sematech将光刻技术排除在研发之外 。
到了1997年 ， 芯片集成度越来越高 ， 制造难度越来越大 ， 光刻机的重要性越来越突出 。 为了摆脱对日本设备的依赖 ， 英特尔牵头成立极紫外联盟（EUV LLC） ， 研究最先进的光刻技术 。 联盟中除了产业巨头 ， 还包括三大国家实验室：劳伦斯利弗莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室、劳伦斯伯克利实验室 。 这些实验室是美国科技发展的幕后英雄 ， 研究成果有核武器、超级计算机、核聚变点火装置等 。
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