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​没有EUV,半导体强国之梦就「难产」?

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来源: 中国电子报   发布者:中国电子报
热度67票   时间:2017年11月13日 19:56
国际半导体制造龙头三星、台积电先后宣布将于2018年量产7纳米晶圆制造工艺。这一消息使得业界对半导体制造的关键设备之一极紫外光刻机(EUV)的关注度大幅提升。此后又有媒体宣称,国外政府将对中国购买EUV实施限制,更是吸引了大量公众的目光。一时之间,仿佛EUV成为了衡量中国半导体设备产业发展水平的标杆,没有EUV就无法实现半导体强国之梦。以目前中国半导体制造业的发展水平,购买或者开发EUV光刻机是否必要?中国应如何切实推进半导体设备产业的发展?

EUV面向7nm和5nm节点

所谓极紫外光刻,是一种应用于现代集成电路制造的光刻技术,它采用波长为10~14纳米的极紫外光作为光源,可使曝光波长降到13.5nm,这不仅使光刻技术得以扩展到32nm工艺以下,更主要的是,它使纳米级时代的半导体制造流程更加简化,生产周期得以缩短。

赛迪智库半导体研究所副所长林雨就此向《中国电子报》记者解释:“光刻是芯片制造技术的主要环节之一。目前主流的芯片制造是基于193nm光刻机进行的。然而193nm浸没光刻技术很难支撑40nm以下的工艺生产,因此到了22/20nm及以下工艺节点,芯片厂商不得不将193nm液浸技术和各种多重成像技术结合起来使用,以便突破工艺极限。但是采用多重成像的手段就需要进行多次光刻、蚀刻、淀积等流程,无形中提升了制造成本,拉长了工艺周期。”

因此,EUV技术实质上是通过提升技术成本来平衡工序成本和周期成本。例如,按照格罗方德的测算,启用EUV技术,在7nm和5nm节点,都仅需要1个光罩即可生产。这样理论上来说,就可以起到简化工艺流程,减少生产周期的作用。

对此,芯谋研究总监王笑龙便指出:“EUV技术的研发主要是针对传统工艺中多次曝光等繁琐问题。在过去的技术中,曝光过程可能重复2~3次,但是EUV技术可以一次完成,既减少了工序,又节约了时间。在简化工艺流程、缩短生产周期的同时,EUV也增加了产能,提升了效率。”

中国购买为时尚早

针对EUV,在国内流传着一种声音:受西方《瓦森纳协议》的限制,中国只能买到ASML的中低端产品,出价再高,也无法购得ASML的高端设备。日前,ASML中国区总裁金泳璇在接受《中国电子报》记者采访时否认了这一说法。据金泳璇透漏:“国内某知名半导体晶圆厂现已与ASML展开7nm工艺制程EUV订单的商谈工作,第一台EUV设备落户于中国指日可待。”

这就是说,EUV要进口到中国并没有受到限制。但是,EUV技术进入中国最大的问题可能并非受限与否,而是有没有必要现在购买?由于EUV开发的技术难度极高,特别是EUV光源的功率不足,导致曝光时间过长,使得EUV一直很难得到实用,目前国际上EUV技术较为成熟的企业只有ASML一家,其销售的EUV价格极为高昂,一台售价超过1亿欧元。而目前EUV的主要应用范围是7nm以下工艺节点,尤其5nm工艺节点的晶圆制造。

“对于国内制造企业而言,芯片制造的工艺水平还达不到EUV所擅长的范围,目前我们28纳米量产,14纳米还在布局。对于EUV而言,如果采用该技术进行14nm芯片量产,成本太高了。”林雨指出。

王笑龙也认为EUV技术对于中国来说仍是一项挑战。王笑龙介绍,EUV主要是从7nm开始,目前国内暂时没有这项技术的应用。国内集成电路较为落后,尚未达到EUV技术的先进水平,国内的一些企业尚未对该项技术产生一定的支撑作用。“EUV进入中国可能是多年以后的事情,目前国内28nm才刚开始,14nm大概要2020年,那么7nm技术,最坏的预测可能是2025年,并且中国技术较为落后,追赶先进技术会产生高额费用,暂时尚无足够资金支撑这项技术。”王笑龙说。

实用化挑战当前依然存在

事实上,不仅中国对EUV的应用时日尚早,国际上对EUV的应用也局限在很小的范围。对于EUV产业化过程中最大的挑战,林雨表示主要来自于光源和持续生产率。“例如,250W光源是使EUV可用于芯片量产的关键要素。到目前为止,ASML公司已经推出多种采用80W光源的原型,预计将在年底推出其首款125W系统。目前,250W光源主要存在于实验阶段,用于产业化流程中所急需突破的问题是光源的可靠工作效率。据赛迪智库调查了解,Gigaphoton正在帮助ASML生产这种光源。”林雨说。

根据ASML不久前公布的数据,2017年EUV设备全年出货量仅有12台,预计明年出货量将增加至20台,而现在客户未出货订单为27台。日前,ASML公司将EUV光刻机小范围量产,所配用的是业内人士翘首以盼的250W光源,计划于2017年年底完成设备产品化。

除此之外,耗电量和曝光速度也是EUV技术的实践者需要征服的挑战。“光刻胶和光照膜是传统工艺中使用到的材料,现在已经不适应EUV技术的发展。此外,EUV技术还面临耗电量大等问题。EUV目前的曝光速度与人们的期望还有一定差距。假如传统工艺一次曝光用1小时,整个过程共需4次曝光,一共要4小时,EUV技术只需要一次曝光,预期耗费1小时便可以完成,但是现实中却需要3小时左右。”王笑龙说。

成本高也是EUV技术的一个难题。“EUV技术研发投入的资金量很大,技术昂贵,设备稀少。如果这些问题得不到改善,那么这项技术将无法得到实用。鉴于以上所述,EUV技术既是挑战,也是机遇。”王笑龙说。

长期战略,中国不应缺位

尽管EUV现在还存在各种障碍,但是其未来应用前景依然各方被看好。从长远角度来看,发展EUV技术是非常必要的。对此,林雨指出:“自上世纪九十年代起,中国便开始关注并发展EUV技术。最初开展的基础性关键技术研究主要分布在EUV光源、EUV多层膜、超光滑抛光技术等方面。2008年‘极大规模集成电路制造装备及成套工艺’国家科技重大专项将EUVL技术列为下一代光刻技术重点攻关。《中国制造2025》也将EUVL列为了集成电路制造领域的发展重点对象,并计划在2030年实现EUV光刻机的国产化。”

“目前来看,EUV这项技术对中国尚无实际意义,但是具有一定的战略意义。中国虽然技术落后,研发EUV技术困难颇多,但是仍要发展完整的工业体系,EUV是整套体系中最困难的一块。放眼于未来,中国的技术最后还是会到达高水平层次,7nm技术也会得到应用,这一步势必要走,所以现在的准备工作是一定要做的,努力减小未来中国与世界的差距,所以即使如今技术不成熟、制作设备缺少、但是EUV技术还是要加大关注,为未来我国技术做铺垫。”王笑龙说。

虽然国家政策对于先进的EUV技术给予了研究支持,但是中国在光刻行业的技术、人才等积累还很薄弱。追逐国际领先者,中国必将付出更大的精力和更多的资金。“对于中国来说,这项技术的基础薄弱,制作设备稀缺,光学系统也会是极大的挑战,可以这么比喻,在中国,做EUV要比做航空母舰困难得多。”王笑龙说。

因此,针对于中国EUV技术的发展,王笑龙给出了一些建议。“追求实用技术是企业的本能,追求最新技术却不符合企业效益。因此对于先进的EUV技术,光靠企业和社会资本是无法支撑起来的,对于企业来说,研发技术缺少资金的支持;对于社会资本来说,缺乏热情的投入,因此,这项技术需要政府的支持,需要国家政策的推进。”王笑龙说。



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