美国芯片制造业支棱不起来，全怪一张膜？

　　先给差友们看一张图。。。

　　台上站着的，有美国总统拜登，还有英伟达皮衣黄、 AMD 苏妈、苹果库克，等等一众科技圈大佬。

　　不过看站位大家都能猜出，那天的主角不是他们，而是最中间的三位台积电核心人物：创始人张忠谋、总裁魏哲家和董事长刘德音。

　　搞出这么个罕见名场面的，是 2022 年年底，台积电美国晶圆代工厂迎来的第一台机器。

　　而就是这么一台机器，直接让拜登激动地说出 “ 芯片制造业回来了” 。

　　对，你没看错，美国的芯片制造业，其实是失去过的。。。

　　一直以来，大家说的美国芯片很强，其实都有个限定词：芯片设计。除了设计外，还有造晶圆、刻电路、测试、封装等流程，而后续这些，都属于芯片制造的范畴。

　　这么说吧，从上个世纪开始，他们的半导体制造份额就跟滑滑梯一样，一路向下。

　　白宫发布的全球半导体制造份额占比：

　　除了还在坚持自己造芯片的英特尔外，其他企业像是英伟达、 AMD 啥的，几乎都在向台积电、三星等讨饭吃。

　　昔日的半导体摇篮，制造业务一丢再丢，背后的原因是啥，这些年也被大伙们分析烂了。

　　主流的观点基本就是美苏冷战期间，美国为了扶持东亚几个国家和地区的芯片技术，结果就被日本偷家超车了。

　　老美发现打不过，并正值在搞去工业化，更加看重价值链最顶端的芯片设计，于是顺水推舟来了波产业转移，觉得能用其他手段当好群主，掌握住芯片霸权就行。

　　但，制造不好芯片，真的是老美不想吗?最近彭博社那边又曝出了个新的细节，或许给出了个答案。说是其实老美一直在想法子，想着让自家芯片制造产业东山再起。

　　而在 EUV ( 极紫外光刻 )光刻机，差点让老美翻盘。。。但却因为一张膜，让老美痛失良机。

　　光刻机大伙儿应该不陌生，就是把电路蚀刻在晶圆上的机器， EUV 算是现在最先进的技术。而在这之前霸榜的，一直都是深紫外( DUV )光刻机。

　　而美国 “ 最强 ” 的硅谷光刻集团，在造 DUV 光刻机时，一直打不过日本的尼康佳能和荷兰的 ASML ，于是他们准备另辟蹊径超车，早早研发 EUV 技术。

　　早在1997 年的时候，美国能源部就和英特尔一起，整了个EUV LLC 联盟，不仅拉来了三大国家实验室，甚至把摩托罗拉和 AMD 等企业的科学家们都薅了过来。

　　万事俱备，但美国怎么也没想到的是，综合评估之后，发现 EUV 光刻机比 DUV 光刻机难造得多，而自家硅谷光刻集团的技术实在菜得离谱，根本奶不动。。。

　　但联盟都费老大劲整起来了，总得找个能造出光刻机的厂吧，而有这个能力的，除了日本的尼康，就只剩荷兰的ASML 了。

　　当时美国还没走出日本之前偷家的阴影，这个机会 ASML 自然是当仁不让。

　　不过毕竟不是亲儿子，在达成合作之前， ASML 还签了一系列“ 卖身 ” 协议，比如光刻机核心零部件要有一半多从美国那里买等等。

　　达成这样的 PY 关系后，英特尔后续还给 ASML 投了41 亿美元，成了最大的股东，可以说美国芯片制造业的伟大复兴，就看这一仗了!

　　当然事实证明，美国在 ASML 身上的心血没白花，在 2018 年， EUV 光刻机就量产了。

　　该轮到享受成果的时候了。。。只要你英特尔说一句，我 ASML 肯定会供货，然而，美国这边又开始掉链子，英特尔这个口啊，实在是张不开，愣是没买。

　　因为 ASML 一开始量产 EUV 光刻机的时候，还有一项关键的技术EUV 薄膜没搞定，而以英特尔当时的技术，还没办法绕过这层膜，它也没有胆量赌这个技术在短时间内会被攻克。

　　大家可别听名字就小看这项技术，它在光刻机造芯片的良率上，可是杀手锏一般的存在。

　　光刻机工作起来，其实就是让掩模( Mask )上的电路，缩小个几倍刻在晶圆上。

　　但在这个 “ 复印 ” 的过程中会有一个问题，环境中可能会有灰尘颗粒等脏东西，要是落在掩模上，光刻机会原封不动地把它打印在晶圆上。

　　要知道芯片上的电路都贼迷你，稍微一个小缺陷，打印出的这个芯片基本可以扔进垃圾桶了。

　　更何况根据外媒 Anandtech 的报道，因为英特尔当时只有自己一个客户，一般用的还是单芯片掩模，也就是说一个掩模上，只刻了一个芯片电路，但凡遇到一个灰尘，整个晶圆都废了。

　　而这时候， EUV 薄膜作用就显现出来了，它装在掩模上方两三毫米处，相当于是 “ 带刀护卫” ，不让灰尘啥的靠近掩模这个 “ 焦点 ” ，不在焦点上，自然也不会被刻到芯片上。

　　没有 EUV 薄膜( 左 )和有 EUV 薄膜( 右 )光刻出来的芯片效果对比

　　但要把这张薄膜造出来，可不是嘴上说说。

　　首先， EUV 薄膜透过极紫外光的硬性要求，就把大部分材料给打趴下了，就算达到这个要求，要保证足够高得透明度，还得把膜做得非常薄。

　　做薄之后，这层膜，还要承受住极紫外光的超高能量，最起码在 600 ~ 1000 ℃这个温度范围内，不能有任何变形啥的。

　　总之，把这个薄膜造出来，难度不是一般的小。这也是为啥 EUV 光刻机在量产了3 年后， EUV 薄膜才勉强能量产商用。

　　既然都没能等到 EUV 薄膜，那为啥台积电就这么有魄力，刚量产就把 EUV 光刻机提回家了?

　　原因倒是挺简单，它敢赌，手里也有资本赌。当初，台积电率先买 EUV 光刻机的时候，就有外界传言，说它搞出了个层流气刀( laminar air knife )的技术，效果和 EUV 薄膜差不多。

　　而且台积电手里，各个厂商、各种芯片的订单都有，据 Anandtech 报道，它用的大都是多芯片掩模。

　　比如一个有 25 个芯片电路的掩模，在不用 EUV 薄膜的状况下，就算遇到一个灰尘，整块晶圆也还有96% 的良率。

　　对比之下，当时在造芯片这块儿，英特尔手里是一张好牌都没有，真的不敢赌啊。

　　连赌注都下不了，你说这牌桌英特尔怎么上。。。

　　而据彭博社的说法，正是这次英特尔没第一时间用上 EUV 光刻机，才让老美错失重回芯片制造业巅峰的机会。

　　不过在世超来看，不是英特尔没买 EUV 光刻机，导致美国芯片制造业一蹶不振，而是它本来就已经江河日下，只不过 EUV 光刻机恰好向大伙揭露了这个事实。

　　当然造芯片不太行，美国心里肯定还是门儿清的，这几年，他们也一直明着暗着发力自己的芯片制造业。

　　英特尔这边， 2021 年就搞了个大动作，宣布 IDM 2.0 计划，总结下来，就是它也要学台积电，扩张产能准备代工，还为此专门成立了一个代工服务事业部。

　　甚至现在有更先进的光刻机出来，英特尔都不敢犹豫了，比如今年年初， ASML 新出的High-NA EUV 光刻机，英特尔二话没说就下了单，前两天已经宣布组装完成。

　　倒是台积电这次还准备再观望观望。。。

　　美国也学聪明了，打算多整几个篮子装鸡蛋。前些年开始就变着法的，引诱台积电在美国建厂，除了芯片补贴法案外，官方还暗戳戳地施压，到现在台积电已经给美国承诺3 座工厂了。

　　不过丢掉芯片制造业容易，想重拾起来就没那么简单了。2021 年台积电开始建厂，才刚开始就卡住了，美国连建厂最基本的人才都招不到，投产时间也从 2024 年推到了 2025 年。

　　而从老美在造芯片栽的跟头来看，在芯片这块儿，弯道超车的机会似乎并不多，更多的还是全产业链配合下的直线超越。

　　至于啥时候美国才能把自家芯片制造业搞支楞起来，咱也不知道，至少短时间内是无望了。

　　撰文：松鼠 编辑：江江 封面：子曰

　　图片、资料来源：

　　reddit，网络

　　Bloomberg，The US Had a Chance to Lead in Chipmaking Tech, and Missed It

　　Semiengineering，EUV Pellicles Finally Ready

　　Anandtech，EUV Pellicles Ready For Fabs, Expected to Boost Chip Yields and Sizes

　　AI 芯天下，深度丨当EUV薄膜成为“高精尖”芯片良率的关键

　　之前英特尔的制程一直是领先的，为什么会突然在14nm卡这么久?

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