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国外的光学技术有多厉害?占据一半以上的世界市场被国外赶超了

来源:产品展示    发布时间:2024-02-13 11:07:20

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  国外拥有了世界上最强悍的光学技术,在本世纪初国外的尼康和佳能还占据大部分的光刻机市场。但是风水轮流转,上个世纪80年代阿斯麦尔公司成立,后跃居变成全球的第一光刻机公司。

  而反观国外却在新一轮光刻机竞争中被甩到了后面,要知道国外的光学技术全球第一,造芯片如同拍照片。为何会出现如此反差极大的情况呢?

  在2023年的芯片短缺后,各国开始重视芯片生产质与量。而光刻机作为芯片生产的必要工具,自然而然地成为各国关注的焦点和中心。

  光刻机的工作原理,与胶片冲洗的原理有着一定的相似性。胶片冲洗是将胶片上的信息冲洗到特殊的照片纸上,而后经过化学溶液的特殊处理,让照片得以保留。

  而光刻机则是通过掩膜版和光刻机之间的完美配合,可以将位于芯片上的电路,一个个的复制到光刻胶刻膜上,利用光电最终将整个电路誊在晶圆上。晶圆此前已经经过特别的处理,具有光青春性,EUV所释放的紫外光能轻松的识别,在晶圆上刻出电路。

  这个看似简单的操作方式,却凝聚了光学顶尖技术,这也是很多地方,包括我国,尽管已经是芯片生产大国的,但是仍然没有拥有自主研发设计的光刻机。

  根据光刻机的工作原理我们大家可以发现,激光器是整个光刻机技术的核心。控制着整个光源能力的高低,对于制程工艺也有着决定性的影响。

  随着半导体工业整体水平提升,光刻机的激光也在不断的缩短,现在已确定进入了仅有193nm的紫外光地步。我们的光刻机也从DUV时代,郑重进入了EUV时代。

  在这样的情形下,光源成为了光刻机的制造的关键之一,波长短对光刻机的工艺起到了决定性的作用。在我们一般的印象里,掌握的核心技术,即可开发出某一产品。但是在光刻机这方面,似乎这个常理并不成立。

  国外在当今的光学技术圈中居于领先的地位,例如索尼、尼康、佳能等一票公司,都是光学技术界的巨头,可以说国外的光学技术远远领先于其他的地方。

  在这样强大的光学技术的加持下,国外的半导体产业经历了十余年的辉煌时代,在全球范围内都有着非常高的话语权。

  从半导体市场的数据上看,国外是当前世界上最大的半导体材料出口国,在光刻胶、硅晶圆等优势性的材料上,更是占据了一半以上的世界市场占有率。这样的耀眼的成绩,放到任何一个地方上看,都是相当难得的。

  遥遥领先的产业总实力,背后是一批优秀国外企业的付出。在当地产业新规的加持下,国外的半导体的生产设备企业蒸蒸日上,根据2023年最新的行业相关排名上,世界前十五名半导体设备公司中,国外一国就独揽了8个席位。足见,国外企业在半导体行业的卓越生产力。

  凭借着雄厚的光学技术与半导体产业基础,国外的光刻机研制在上个世纪八十年代至九十年代,迎来了自己的高光时刻。对于国外这样的世界一流的科技大国,都可以轻松碾压,全球范围内更是没有一国能与之匹敌,一时间国外光刻机风头无两,这是国外光刻机发展的黄金期。

  但是事情总有例外,国外这个拥有着世界一流的半导体产业和光学技术的国度,同时也牢牢占据着上个世纪末世界光刻机强国的宝座。为何在21世纪逐渐衰落,在光刻机这一芯片生产的关键领域,甚至被他国的阿斯麦尔后来居上,最后甚至被排挤出光刻机的圈子。

  上个世纪80年代阿斯麦尔成立,彼时的国外半导体产业正是风头无两之时,占据了世界光刻机市场大部分的份额。

  其中,以尼康、佳能等国外一票头部企业为盛。这一优势保持到了上个世纪初,在2005年-2010年发布尼康公司的财报上看,世界计算器处理器的巨头英特尔一家公司就占据了尼康公司超过一半以上的销售额,而东芝公司约占两成左右。

  从这里看,尼康所服务的公司,在全球范围均是某一领域的头部公司,可见客户对于它的信任,特别是对于复杂度高,且针对的是生产时进行微调的微处理器此类的专用设备。

  而在这期间,阿斯麦尔企业主要服务的对象为三星、海力士以及台积电,这一些企业偏好的是操作性和统一性高的产品。

  当然,国外的公司凭借着自身的技术优势,延续了二十多年的黄金时代,但是后来居上的阿斯麦尔却给国外人送上了一份大礼。

  1988年,阿斯麦尔正式独立,在短短二十多年的时间里,占据了光刻机市场八成的份额,而国外企业被挤到仅剩下17%左右的市场占有量。

  虽然还活跃在光刻机市场上,但是此时的国外企业已经大不如前,大多分布在在中低端光刻机领域的国外,所获取的利润自然无法同主打高尖端市场的阿斯麦尔相比。这场没有硝烟的战争,以国外全面失败而告终。

  造成这一事情的转折点,主要起源于两国在技术路线年代,光刻机的光源被限定在193nm上,没办法再次突破。这在某种程度上预示着芯片的大小也只能被限定在10nm以上,无法进一步的缩小。未解决这一问题,当时主流的有两种方式。

  一种是在干式光刻的方案之上,攻克152nm的F2激光。这是当时较为稳健的做法,一向以求稳为先的国外企业无疑是该技术的推崇者。

  而另一种则是EUV光刻机LLC联盟所提出的利用极紫外技术,实现光源的突破。当然这样的解决方法相较于前者来说,更为激进,失败率较高,因此研发的成本也相对较高。

  但是欧洲方面为何会提出这样方案,主要是考虑到了如果该技术成功突围,这在某种程度上预示着光刻机技术迈出了新的的一步,10nm以下的芯片制造不再是难题。

  二者之间相互竞争,都在彼此试探,期待自己能先一步打造出世界一流的光刻机。

  而作为后起之秀的阿斯麦尔似乎并没有受到两种主流技术的干扰,它开始谋求一种更加大胆的研制技术,即后来的“浸润式光刻”的方案,该方案是由台积电的工程师林本坚提出的。事后证明,这位工程师的卓绝眼光。

  2004年,阿斯麦尔公司和台积电所共同研发的浸润式微影机问世,它的出现引起了世界各国的高度关注。

  同年,尼康公司在沿用“干式光刻”方案基础上,突破性的打造了157nm的光刻机产品。相较于此前的193nm的确取得了不小的突破,然而在成本、缩短光波效果等方面,都不如阿斯麦尔公司。而这也称为,拉开了两者差距的开端。

  正所谓一步错,步步错。在突破193nm光刻技术上,国外不足新兴的阿斯麦尔公司。但是很难想象,在接下来的EUV领域的光刻机竞争中,国外再次被排挤,再无翻身之力。

  经济的发展和政治有着密不可分的联系,早年的国外半导体产业被国外尼康等一众公司打击得再无还手之力,国外期待有一个新生得企业成为国外在这一领域的代言人。

  而阿斯麦尔公司在此前的同“干式光刻”方案的竞争中,拿出了一份不俗的成绩,自然而然成为国外着重关注的对象。

  上个世纪,国外能源部和计算器处理器界的巨头英特尔公司联手成立了EUV LLC联盟,联盟中集合了AMD、摩托罗拉等一众国内顶尖的巨头,同时邀请了三大地方实验室的参与,该联盟可以说是人才济济,实力丰沛雄厚。而该联盟所接到的第一个任务便是研究极紫外光刻机,就是突破193nm光源又一主流技术。

  和其他联盟内的公司不同,阿斯麦尔公司属于荷兰。国外不想让这项关键技术落于他国之手,在承诺予以对方好处的同时,也提出了一系列严格的条件,例如必须在国外建立工厂,建设研发中心等。而对于新兴的阿斯麦尔来说,国外所提出的要求,在巨大的利益面漆那并不新的。

  美方的这一举动,宣告了尼康公司被彻底的排除出了世界顶尖的光刻机研发队伍行列。在联盟所提交给国会的一份报告中,鲜明的指出尼康公司一定会将研发的核心技术转移到国外,进而对本就风雨飘摇的国外光刻机产业带来最后致命一击。

  在报告呈交后不久,国外国会便认可了联盟的预判,毕竟地方利益摆在眼前,国外人当然不会做这个冤大头。

  在两者的进攻下,尼康可谓是节节败退。而阿斯麦尔公司则在联盟的帮助下,一路高歌。阿斯麦尔公司也成为了当前全球为数不多拥有EUV光刻机的企业。反观尼康,近年来受到相机业务下滑冲击,不得已进行裁员和缩小规模,整体经营状况不佳。

  国外的失败,让一众学者都唏嘘不已,当然历史总是需要在总结中前进。目前我国的光刻机技术也正处于研发的关键时期,无论何时都不能将希望和制胜的法宝掌握在他人手中,建立自己的研发体系,不依赖于他人,才是获得胜利的最终秘诀。

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