中微7納米蝕刻機受關注,國產半導體設備困境如何解?

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集微網消息,3日晚央視大型紀錄片《大國重器》第二季第六集《贏在互聯》重磅播出,中微半導體設備(上海)有限公司的7納米晶片刻蝕機榮幸被收錄其中。

現階段半導體產業能量產的最先進的工藝節點是7nm,台積電全面領先。

在7納米製程設備方面,囊括了5大設備商包括應用材料(Applied Materials)、科林研發(LAM) 、東京威力科創(TEL)、日立先端(Hitach)、中微半導體。

中微是唯一打入台積電7納米製程蝕刻設備的大陸本土設備商。

此番央視收錄的,就是中微,也是中國自主研發的第一批7納米晶片刻蝕機,它採用的是等離子體刻蝕技術。

利用有化學活性的等離子體,在矽片上雕刻出微觀電路。

據介紹,在ICP晶片刻蝕中,關鍵尺寸的大小和晶片溫度有著一一對應的關係。

如果我們要求刻蝕均勻性達到1納米,那麼整個晶片的溫度差異就要控制在2度以內。

中微自主研發的溫控設計,可以讓刻蝕過程的溫控精度保持在0.75度以內,優於國際水平。

氣體噴淋盤是刻蝕機最重要的核心部件之一,也是7納米晶片刻蝕機中的一項關鍵技術點。

它的材料選擇和設計對於刻蝕機性能指標的影響至關重要。

中微和國內廠家合作,研製和優化了一整套採用等離子體增強的物理氣象沉積金屬陶瓷的方法,這種創新的方法極大地改善了材料的性能,其晶粒更為精細、緻密,缺陷幾乎為零。

相比國外當前採用的噴淋盤,中國的陶瓷鍍膜噴淋盤壽命可以延長一倍,造價卻不到五分之一。

中微董事長兼執行長尹志堯博士表示:「我國正在成為集成電路晶片和微觀器件生產的大國,到2020年,在我國新的晶片生產線上的投資將會超過美國、日本和韓國等地區的投資,中國會變成一個最大的晶片生產基地。

我們相信到2030年,我國的晶片和微觀器件的加工能力和規模一定能完全趕上並在不少方面超過國際先進水平。

光刻技術仍落後,中國fab翹首期盼EUV供應

值得注意的是,中微在蝕刻機領域有了一席之地,但是在先進位程中最為關鍵的光刻機,尤其是極紫外光刻機領域,放眼全球僅有ASML能夠量產。

光刻機是晶片製造的核心設備之一,按照用途可以分為好幾種:有用於生產晶片的光刻機;有用於封裝的光刻機;還有用於LED製造領域的投影光刻機。

用於生產晶片的光刻機是中國在半導體設備製造上最大的短板,國內晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口。

極紫外光刻是一種採用波長13.5nm極紫外光為工作波長的投影光刻技術,它代表了當前應用光學發展最高水平。

而作為下一代光刻技術,被行業賦予了拯救摩爾定律的使命。

光刻機被業界譽為集成電路產業皇冠上的明珠,研發的技術門檻和資金門檻非常高。

也正是因此,能生產高端光刻機的廠商非常少,到最先進的14nm光刻機就只剩下ASML,日本佳能和尼康已經基本放棄第六代EUV光刻機的研發。

相比之下,國內晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口。

這不僅使國內晶圓廠要耗費巨資購買設備,對產業發展和自主技術的成長也帶來很大不利影響。

對於市場占據了八成份額的供應商ASML,據其2017第二季財報,在2017年第二季度新增8台EUV系統訂單,讓EUV光刻系統的未出貨訂單累積到27台,總值高達28億歐元。

公司現在年產12台,2018年將增加到24台,2019年達到年產40台的產能。

這個產能遠遠不能滿足全球晶圓廠的需求,因此,在回應「EUV設備對中國禁售」的傳聞時,ASML給出的解釋是,ASML對大陸晶圓廠與國際客戶一視同仁,只要客戶下單,EUV要進口到中國完全沒有任何問題。

在交期方面,所有客戶也都完全一致,從下單到正式交貨,均為21個月。

該公司透露目前已有大陸晶圓廠巨頭與ASML展開7納米工藝製程的EUV訂單洽談,2019年大陸首台EUV可望落地。

不論是禁售還是排隊等候,可以肯定是,中國梯隊肯定不在優先供應的範疇之內,由設備短板對國內半導體產業發展造成的影響可見一斑。

EUV的誕生是舉全產業之功努力的成果

國內半導體專業人士透露,AMSL之所以能歷史性的關鍵時刻,迅速抓住機會,並達成技術的跳躍發展,得益於該公司的「開放式創新架構」,而成為該公司歷史性轉折點的浸潤式光刻機的誕生,也是眾多供應商和晶圓廠共同努力的結果。

例如,一名在領先晶圓廠工作的工藝研發人員表示,他在公司先進位程研發部給ASML提過幾十項改進意見,而各家晶圓廠給出的改善提案數以千計。

研發到量產過程充滿了坎坷的EUV更是如此。

眾所周知,隨著摩爾定律演進,越先進的工藝製程研發成本就越高,可以稱之為天價,能投入資金跟上腳步的半導體廠商已經越來越少,EUV的高額研發費用甚至已經不是一家公司能承擔得起的。

當時,因為EUV的技術難度、需要的投資金額太高,另外兩大光刻設備廠商──日本的Nikon和佳能,都已放棄開發。

ASML儼然成為半導體業能否繼續衝刺下一代先進位程,開發出更省電、運算速度更快的電晶體的最後希望。

ASML公司也了解到無法獨自負擔這一的巨大設備開發成本,為此,該公司先後向英特爾、三星、台積電等巨頭髮出了注資的邀請。

隨後該公司也成功將其原有客戶變成投資者了,英特爾、台積電、三星等公司後來分別向ASML投資了41億美元、2.76億歐元、7.79億歐元,「資助」EUV的研發。

國產半導體設備的困境,星星之火等待燎原

據不完全統計,2018年—2020年中國大陸要建成5座12英寸晶圓生產廠,總投資將超過3000億元,2018年開始有望迎來「裝機大戰」,半導體設備需求大幅增加。

據中國海關信息網統計,2017年中國大陸主要半導體設備進口總額達到54.83億美元,同比增長13.8%。

預計2017年國產半導體設備銷售收入將達到76億人民幣以上,同比增長32%以上。

在巨大的需求面前,國內面臨的卻是把半導體設備幾乎全部依賴進口的局面。

中國電子專用設備工業協會秘書長金存忠此前指出,國產設備只占到全球半導體總量的2%。

在半導體產業發展迅猛的浪潮中,國家出台了科技重大專項之「極大規模集成電路製造裝備與成套工藝專項」(02專項),我國半導體設備業實現了從無到有的突破,據賽迪智庫的數據,中微半導體、瀋陽拓荊、北京華創等多家公司產品皆通過了工藝考核與產線驗證。

我國半導體製造業多年來腳踏實地,勇於創新,部分企業產品開始走入資本市場,部分機台已具備進口替代能力,有望率先享受下游擴產紅利,迎接設備需求高峰。

但是總體來說,我國設備業依舊面臨著許多挑戰。

業內人士對集微網指出,半導體既是一個市場化的行業,又是一個門檻很高的行業,這就必然導致後發者學習起來難度很大。

以國產設備為例,很多生產線不願意採購國產設備,不願意給國產設備試用的機會,因為他們要考慮經濟效益,選擇國外成熟設備是最安全的方式,而選擇國產設備有很多的風險。

國產設備因為沒有試用的機會,沒有發現問題、改進問題的機會,所以很難快速進步。

對於製造複雜產品的企業來講,有逐步上升的試錯學習過程非常重要,然而,「一個不願意用,因為覺得設備不好;一個因為沒人用,所以沒有機會改進。

國產半導體設備產業就這樣陷入死循環。

站在晶圓廠的角度,也有人指出:政府一直在推廣國產設備的應用,但不能代替生產線做決策,到時候良率上不去算誰的責任?

「很多情況不是國內業者的想當然。

最可笑的是很多人根本沒見過晶片,也去做半導體項目或者複製半導體領域,結果在一些關鍵問題上智能是發揮臆想。

」一名研發人員對集微網這樣吐槽。

雖然艱難,國產半導體設備還有機會嗎?有觀點表示,新興設備如果是解決新的問題,只要不是和巨頭的設備正面競爭的,是有機會的。

國內很多設備只是做國外成熟設備的替代,這是正面競爭,難度很大。

另一些觀點則表示,設備、光刻膠、slurry、靶材等隨時都有機會,只要認真對待,晶圓廠就是open的,怕的就是瞎忽悠。

「江豐做靶材、中微做蝕刻機、漢微科做e-beam、LG做bare wafer,都是很好的例子。

目前最大的缺項就是光刻機。

」該業內人士表示,「國內02專項,已經孵化一批企業,這些企業就是火種,他們目前發展都還不夠大。

但我相信他們會抓住一些產業發展的轉折點,跟隨中國的fab一起成長起來的。


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