EUV光刻機是中國半導體行業的唯一癥結嗎?_房屋二胎

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EUV光刻機是中國半導體產業發展路上需要解決的問題的一個縮影。

在一顆芯片誕生的過程中,光刻是最關鍵又最複雜的一步。

說最關鍵,是因為光刻的實質將掩膜版上的芯片電路圖轉移至硅片,化虛為實。說最複雜,是因為光刻工藝需要經歷硅片表面清洗烘乾、塗底、旋塗光刻膠、軟烘、對準曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕、檢測等數十道工序才得以最終完成。

正因如此,集數學、光學、物理、化學等眾多學科技術於一身的光刻機,被稱之為半導體工業皇冠上的明珠,佔據晶圓廠設備投資總額的約25%。

在緊張的大背景下,這顆“明珠”備受關注,其光環似乎已經蓋過了其他半導體設備,更是有聲音認為只要擁有一台EUV光刻機,中國半導體產業的問題基本就能解決。

但事實並非如此。

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以光刻技術為中心的行業壁壘

儘管將整個半導體產業的難題歸結到一台EUV光刻機有失偏頗,但是以光刻技術為中心衍生出的眾多難題確實是全世界範圍內業界研究的重點,也構建起比較高的行業壁壘。

在本月初舉行的第四屆國際先進光刻技術研討會上,來自中國、德國、日本、荷蘭等世界各地眾多名企、廠商、科研機構、高校的技術專家和學者,共同探討了光刻領域先進節點的最新技術手段和解決方案,解決方案涵蓋範圍之廣,包括材料、設備、工藝、測量、計算光刻 和設計優化等。

先進光刻技術解決方案涵蓋範圍之廣泛與光刻機自身屬性密切相關。如果將一台光刻機的系統進行拆分,可以分為光源系統、掩模態系統、自動校準系統、調平調焦測量系統、框架減震系統、環境控制系統、掩模傳輸系統、投影物鏡系統、硅片傳輸系統、工作台系統、整機控制系統、整機軟件系統等,這意味着如果想要讓一台光刻機發揮出最大潛能,就需要各個系統保持高性能運轉。

而為光刻機提供各個系統組件,本身就存在一定的壁壘。

以光源系統為例,光源公司發展到現在,世界上真正賣光源系統的公司只剩 Cymer和Gigaphoton兩家,且前者已被光刻機巨頭公司AMSL收購。在第四屆國際光刻技術研討會會議上,來自Gigaphoton的Toshihiro Oga在同媒體交流時表示:“光源製造面臨的挑戰眾多,光刻機要求光源有很高的性能,例如高對比度和純凈無缺陷的成像質量,同時也要控製成本和可靠性,這些東西往往很難互相匹配。另外從客戶的角度而言,通常光源系統不具有通用性,專業性強。”

Toshihiro Oga還透露,光源系統市場窄,但需要的投資卻很大。

雷鋒網了解到,Gigaphoton每年出貨的200個單元光源,其中80個用於浸沒式Arf光刻機,20個用於普通的Arf光刻機,剩餘的100個用於Krf光刻機。

在光源系統領域,技術壁壘之外還面臨資金和市場的難題,因此也就不難理解為何20年前美國日本一眾的激光光源公司發展到今天僅剩兩家了。

在材料方面,廈門大學嘉庚創新實驗室科技總監Mark Neisser表示,越頂尖的光刻機對材料的精度越高,但評價光刻材料沒有統一的標準,因為每個代工廠在製造工藝上都有自己的喜好。一款光刻材料的誕生往往經歷客戶定義需求和標準,實驗室或材料公司選擇化學材料製作溶液進行測試,同時需要避免一些專利問題。這意味着,從某種程度而言,光刻材料不具備通用性,這又是光刻技術在發展過程中的一大難點。

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被忽略的半導體設備

在全球的光刻機公司中,ASML、Nikon和Canon長期位列前三,其中ASML憑藉上游供應商的頂尖技術和下游廠商的巨額投資,出貨量位居世界第一,同時以“全球唯一能生產EUV光刻機”被大眾熟知。

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通過上文的剖析,已經足以理解光刻技術行業壁壘之高,而一台光刻機尤其是頂尖光刻機的誕生,需要的是全球產業鏈的協作,僅憑一國之力難以造出。

事實上,目前需要用到EUV光刻機這樣頂尖工藝的地方只佔據芯片製造的一小部分,例如消費电子所需要的7nm、5nm工藝芯片。光刻機是芯片製造的關鍵,但從整個產業鏈的角度來說,並非是非EUV光刻機不可。

或許除了EUV光刻機,包括刻蝕機、薄膜設備、測試設備、清洗設備在內的這些在常用製程中都會用到的半導體設備同樣值得關注。

尤其是隨着晶體管工藝製程的推進,經曝光后的晶體管結構尺寸較大,沉積和刻蝕在製造FinFET 鰭式場效應管中愈發重要。2017年,刻蝕機就取代光刻機的位置成為了晶圓加工廠投資最多的設備。

那麼在其他半導體設備上,我國表現如何呢?

2016年9月主要製造塗膠顯影設備和清洗機的半導體設備製造商瀋陽芯源微电子成功出廠第500台設備,成為國內新興半導體設備製造廠家中首家邁過500台設備出廠門檻的企業,創下里程碑式的發展。此後,瀋陽芯源作為國產半導體設備的代表也一直備受關注。

2019年12月,瀋陽芯源成為第一批上市科創板的公司之一,且在該公司的最新官方報道中,第900台設備於10月30日成功出廠,2020年3季度公司凈利潤2268.61萬元,同比增長4761%。

芯源微前道事業部總經理謝永剛

在第四屆國際光刻技術研討會期間,芯源微前道事業部總經理謝永剛給出了可供國內其他半導體設備廠商參考的經驗,他表示:“國內半導體設備普遍起步晚、發展晚,因此需要經歷相對漫長的探索過程,在探索的過程首先需要定位清晰,然後需要抓住合適的時機切入,最重要的是獲得客戶的認同感,這需要良好的工藝能力、設備的穩定性、品質控管體系以及值得信任的售後服務。”

同時,芯源公司也表示,芯源的競爭對手是世界級廠商,目前在頂尖技術的發展上已經引入了一些技術專家,正在努力追趕當中。

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設備之外,還有對基本原理

和極限的理解不足

不過,無論是光刻機設備,還是其他半導體設備,都只不過是半導體產業鏈的其中一環,解決了設備問題,可能還需要解決設備維護、材料、人才等方面的問題。

中國光學學會秘書長、浙江大學教授、現代光學儀器國家重點實驗室主任劉旭在第四屆國際光刻技術研討會上就表示:“中國半導體的發展不是一個簡單的問題,不要把一個很複雜的全行業問題變成只有一個局部點上的問題,重要的問題不等於唯一的問題。”

此外,對於中國半導體行業與其他先進國家的差距,劉旭教授還認為:“一些器件的設計和製造,非常考驗基礎工業實力,很多時候基於同樣的原理,別人能做好,我們做不好,實質上是我們缺乏對基礎的理解和對材料極限特性的理解。”

同時,對於是否應該建立中國自己的半導體行業體系,劉旭教授表示,半導體產業建設不應該一擁而上,而應該找到合適的技術、合適的人在合適的時間去做這件事,之後國家才有可能將其湊成一條線,目前半導體行業的熱不一定是一件是好事,很可能造成資源的浪費,需要警惕一些利益團隊藉此機會掠奪社會資源。

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小結

近一兩年來,半導體行業火熱,以EUV光刻機為代表的關鍵技術備受社會關注,有聲音認為只要我們能夠自己製造出一台EUV光刻機,國內半導體產業發展問題就基本解決,但事實並非如此。EUV光刻機只不過是中國半導體產業發展路上需要解決的問題的一個縮影,重要的,但絕非唯一的問題。

【本文作者吳優,由合作夥伴微信公眾號:雷鋒網授權發布,文章版權歸原作者及原出處所有,轉載請聯繫原出處。文章系作者個人觀點,不代表立場。如內容、圖片有任何版權問題,請聯繫(editor@zero2ipo.com.cn)處理。】

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