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中微7纳米蚀刻机受关注,国产半导体设备困境如何解?

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来源: 集微网   发布者:集微网
热度169票   时间:2018年3月04日 20:16
集微网消息,3日晚央视大型纪录片《大国重器》第二季第六集《赢在互联》重磅播出,中微半导体设备(上海)有限公司的7纳米芯片刻蚀机荣幸被收录其中。

现阶段半导体产业能量产的最先进的工艺节点是7nm,台积电全面领先。在7纳米制程设备方面,囊括了5大设备商包括应用材料(Applied Materials)、科林研发(LAM) 、东京威力科创(TEL)、日立先端(Hitach)、中微半导体。中微是唯一打入台积电7纳米制程蚀刻设备的大陆本土设备商。

此番央视收录的,就是中微,也是中国自主研发的第一批7纳米芯片刻蚀机,它采用的是等离子体刻蚀技术。利用有化学活性的等离子体,在硅片上雕刻出微观电路。

据介绍,在ICP芯片刻蚀中,关键尺寸的大小和芯片温度有着一一对应的关系。如果我们要求刻蚀均匀性达到1纳米,那么整个芯片的温度差异就要控制在2度以内。中微自主研发的温控设计,可以让刻蚀过程的温控精度保持在0.75度以内,优于国际水平。

气体喷淋盘是刻蚀机最重要的核心部件之一,也是7纳米芯片刻蚀机中的一项关键技术点。它的材料选择和设计对于刻蚀机性能指标的影响至关重要。中微和国内厂家合作,研制和优化了一整套采用等离子体增强的物理气象沉积金属陶瓷的方法,这种创新的方法极大地改善了材料的性能,其晶粒更为精细、致密,缺陷几乎为零。相比国外当前采用的喷淋盘,中国的陶瓷镀膜喷淋盘寿命可以延长一倍,造价却不到五分之一。


中微董事长兼首席执行官尹志尧博士表示:“我国正在成为集成电路芯片和微观器件生产的大国,到2020年,在我国新的芯片生产线上的投资将会超过美国、日本和韩国等地区的投资,中国会变成一个最大的芯片生产基地。我们相信到2030年,我国的芯片和微观器件的加工能力和规模一定能完全赶上并在不少方面超过国际先进水平。”

光刻技术仍落后,中国fab翘首期盼EUV供应

值得注意的是,中微在蚀刻机领域有了一席之地,但是在先进制程中最为关键的光刻机,尤其是极紫外光刻机领域,放眼全球仅有ASML能够量产。

光刻机是芯片制造的核心设备之一,按照用途可以分为好几种:有用于生产芯片的光刻机;有用于封装的光刻机;还有用于LED制造领域的投影光刻机。用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。

极紫外光刻是一种采用波长13.5nm极紫外光为工作波长的投影光刻技术,它代表了当前应用光学发展最高水平。而作为下一代光刻技术,被行业赋予了拯救摩尔定律的使命。

光刻机被业界誉为集成电路产业皇冠上的明珠,研发的技术门槛和资金门槛非常高。也正是因此,能生产高端光刻机的厂商非常少,到最先进的14nm光刻机就只剩下ASML,日本佳能和尼康已经基本放弃第六代EUV光刻机的研发。

相比之下,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。这不仅使国内晶圆厂要耗费巨资购买设备,对产业发展和自主技术的成长也带来很大不利影响。

对于市场占据了八成份额的供应商ASML,据其2017第二季财报,在2017年第二季度新增8台EUV系统订单,让EUV光刻系统的未出货订单累积到27台,总值高达28亿欧元。公司现在年产12台,2018年将增加到24台,2019年达到年产40台的产能。

这个产能远远不能满足全球晶圆厂的需求,因此,在回应“EUV设备对中国禁售”的传闻时,ASML给出的解释是,ASML对大陆晶圆厂与国际客户一视同仁,只要客户下单,EUV要进口到中国完全没有任何问题。在交期方面,所有客户也都完全一致,从下单到正式交货,均为21个月。该公司透露目前已有大陆晶圆厂巨头与ASML展开7纳米工艺制程的EUV订单洽谈,2019年大陆首台EUV可望落地。

不论是禁售还是排队等候,可以肯定是,中国梯队肯定不在优先供应的范畴之内,由设备短板对国内半导体产业发展造成的影响可见一斑。

EUV的诞生是举全产业之功努力的成果

国内半导体专业人士透露,AMSL之所以能历史性的关键时刻,迅速抓住机会,并达成技术的跳跃发展,得益于该公司的“开放式创新架构”,而成为该公司历史性转折点的浸润式光刻机的诞生,也是众多供应商和晶圆厂共同努力的结果。

例如,一名在领先晶圆厂工作的工艺研发人员表示,他在公司先进制程研发部给ASML提过几十项改进意见,而各家晶圆厂给出的改善提案数以千计。

研发到量产过程充满了坎坷的EUV更是如此。

众所周知,随着摩尔定律演进,越先进的工艺制程研发成本就越高,可以称之为天价,能投入资金跟上脚步的半导体厂商已经越来越少,EUV的高额研发费用甚至已经不是一家公司能承担得起的。

当时,因为EUV的技术难度、需要的投资金额太高,另外两大光刻设备厂商──日本的Nikon和佳能,都已放弃开发。ASML俨然成为半导体业能否继续冲刺下一代先进制程,开发出更省电、运算速度更快的晶体管的最后希望。

ASML公司也了解到无法独自负担这一的巨大设备开发成本,为此,该公司先后向英特尔、三星、台积电等巨头发出了注资的邀请。随后该公司也成功将其原有客户变成投资者了,英特尔、台积电、三星等公司后来分别向ASML投资了41亿美元、2.76亿欧元、7.79亿欧元,“资助”EUV的研发。

国产半导体设备的困境,星星之火等待燎原

据不完全统计,2018年—2020年中国大陆要建成5座12英寸晶圆生产厂,总投资将超过3000亿元,2018年开始有望迎来“装机大战”,半导体设备需求大幅增加。据中国海关信息网统计,2017年中国大陆主要半导体设备进口总额达到54.83亿美元,同比增长13.8%。预计2017年国产半导体设备销售收入将达到76亿人民币以上,同比增长32%以上。

在巨大的需求面前,国内面临的却是把半导体设备几乎全部依赖进口的局面。中国电子专用设备工业协会秘书长金存忠此前指出,国产设备只占到全球半导体总量的2%。

在半导体产业发展迅猛的浪潮中,国家出台了科技重大专项之“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”(02专项),我国半导体设备业实现了从无到有的突破,据赛迪智库的数据,中微半导体、沈阳拓荆、北京华创等多家公司产品皆通过了工艺考核与产线验证。我国半导体制造业多年来脚踏实地,勇于创新,部分企业产品开始走入资本市场,部分机台已具备进口替代能力,有望率先享受下游扩产红利,迎接设备需求高峰。但是总体来说,我国设备业依旧面临着许多挑战。

业内人士对集微网指出,半导体既是一个市场化的行业,又是一个门槛很高的行业,这就必然导致后发者学习起来难度很大。以国产设备为例,很多生产线不愿意采购国产设备,不愿意给国产设备试用的机会,因为他们要考虑经济效益,选择国外成熟设备是最安全的方式,而选择国产设备有很多的风险。国产设备因为没有试用的机会,没有发现问题、改进问题的机会,所以很难快速进步。

对于制造复杂产品的企业来讲,有逐步上升的试错学习过程非常重要,然而,“一个不愿意用,因为觉得设备不好;一个因为没人用,所以没有机会改进。国产半导体设备产业就这样陷入死循环。”

站在晶圆厂的角度,也有人指出:政府一直在推广国产设备的应用,但不能代替生产线做决策,到时候良率上不去算谁的责任?

“很多情况不是国内业者的想当然。最可笑的是很多人根本没见过芯片,也去做半导体项目或者复制半导体领域,结果在一些关键问题上智能是发挥臆想。”一名研发人员对集微网这样吐槽。

虽然艰难,国产半导体设备还有机会吗?有观点表示,新兴设备如果是解决新的问题,只要不是和巨头的设备正面竞争的,是有机会的。国内很多设备只是做国外成熟设备的替代,这是正面竞争,难度很大。

另一些观点则表示,设备、光刻胶、slurry、靶材等随时都有机会,只要认真对待,晶圆厂就是open的,怕的就是瞎忽悠。“江丰做靶材、中微做蚀刻机、汉微科做e-beam、LG做bare wafer,都是很好的例子。目前最大的缺项就是光刻机。”该业内人士表示,“国内02专项,已经孵化一批企业,这些企业就是火种,他们目前发展都还不够大。但我相信他们会抓住一些产业发展的转折点,跟随中国的fab一起成长起来的。”


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