7nm大(dà)戰在即 EUV熱(rè)潮不斷 中國半導體設備産業如何推進

7nm大(dà)戰在即 EUV熱(rè)潮不斷 中國半導體設備産業如何推進

半導體制造三星、台積電先後宣布将于2018年量産7納米晶圓制造工藝。這(zhè)一消息使得(de)業界對(duì)半導體制造的(de)關鍵設備之一極紫外光(guāng)刻機（EUV）的(de)關注度大(dà)幅提升。此後又有媒體宣稱，國外政府将對(duì)中國購(gòu)買EUV實施限制，更是吸引了(le)大(dà)量公衆的(de)目光(guāng)。一時(shí)之間，仿佛EUV成爲了(le)衡量中國半導體設備産業發展水(shuǐ)平的(de)*，沒有EUV就無法實現半導體強國之夢。以目前中國半導體制造業的(de)發展水(shuǐ)平，購(gòu)買或者開發EUV光(guāng)刻機是否必要？中國應如何切實推進半導體設備産業的(de)發展？

EUV面向7nm和(hé)5nm節點

所謂極紫外光(guāng)刻，是一種應用(yòng)于現代集成電路制造的(de)光(guāng)刻技術，它采用(yòng)波長(cháng)爲10～14納米的(de)極紫外光(guāng)作爲光(guāng)源，可(kě)使曝光(guāng)波長(cháng)降到13.5nm，這(zhè)不僅使光(guāng)刻技術得(de)以擴展到32nm工藝以下(xià)，更主要的(de)是，它使納米級時(shí)代的(de)半導體制造流程更加簡化(huà)，生産周期得(de)以縮短。

賽迪智庫半導體研究所副所長(cháng)林(lín)雨(yǔ)就此向《中國電子報》記者解釋：“光(guāng)刻是芯片制造技術的(de)主要環節之一。目前主流的(de)芯片制造是基于193nm光(guāng)刻機進行的(de)。然而193nm浸沒光(guāng)刻技術很難支撐40nm以下(xià)的(de)工藝生産，因此到了(le)22/20nm及以下(xià)工藝節點，芯片廠商不得(de)不将193nm液浸技術和(hé)各種多(duō)重成像技術結合起來(lái)使用(yòng)，以便突破工藝極限。但是采用(yòng)多(duō)重成像的(de)手段就需要進行多(duō)次光(guāng)刻、蝕刻、澱積等流程，無形中提升了(le)制造成本，拉長(cháng)了(le)工藝周期。”

因此，EUV技術實質上是通(tōng)過提升技術成本來(lái)平衡工序成本和(hé)周期成本。例如，按照(zhào)格羅方德的(de)測算(suàn)，啓用(yòng)EUV技術，在7nm和(hé)5nm節點，都僅需要1個(gè)光(guāng)罩即可(kě)生産。這(zhè)樣理(lǐ)論上來(lái)說，就可(kě)以起到簡化(huà)工藝流程，減少生産周期的(de)作用(yòng)。

對(duì)此，芯謀研究總監王笑(xiào)龍便指出：“EUV技術的(de)研發主要是針對(duì)傳統工藝中多(duō)次曝光(guāng)等繁瑣問題。在過去的(de)技術中，曝光(guāng)過程可(kě)能重複2～3次，但是EUV技術可(kě)以一次完成，既減少了(le)工序，又節約了(le)時(shí)間。在簡化(huà)工藝流程、縮短生産周期的(de)同時(shí)，EUV也(yě)增加了(le)産能，提升了(le)效率。”

中國購(gòu)買爲時(shí)尚早

針對(duì)EUV，在國内流傳著(zhe)一種聲音(yīn)：受西方《瓦森納協議(yì)》的(de)限制，中國隻能買到ASML的(de)中低端産品，出價再高(gāo)，也(yě)無法購(gòu)得(de)ASML的(de)設備。日前，ASML中國區(qū)總裁金泳璇在接受《中國電子報》記者采訪時(shí)否認了(le)這(zhè)一說法。據金泳璇透漏：“國内某半導體晶圓廠現已與ASML展開7nm工藝制程EUV訂單的(de)商談工作，*台EUV設備落戶于中國指日可(kě)待。”

這(zhè)就是說，EUV要進口到中國并沒有受到限制。但是，EUV技術進入中國zui大(dà)的(de)問題可(kě)能并非受限與否，而是有沒有必要現在購(gòu)買？由于EUV開發的(de)技術難度*，特别是EUV光(guāng)源的(de)功率不足，導緻曝光(guāng)時(shí)間過長(cháng)，使得(de)EUV一直很難得(de)到實用(yòng)，目前上EUV技術較爲成熟的(de)企業隻有ASML一家，其銷售的(de)EUV價格極爲高(gāo)昂，一台售價超過1億歐元。而目前EUV的(de)主要應用(yòng)範圍是7nm以下(xià)工藝節點，尤其5nm工藝節點的(de)晶圓制造。

“對(duì)于國内制造企業而言，芯片制造的(de)工藝水(shuǐ)平還(hái)達不到EUV所擅長(cháng)的(de)範圍，目前我們28納米量産，14納米還(hái)在布局。對(duì)于EUV而言，如果采用(yòng)該技術進行14nm芯片量産，成本太高(gāo)了(le)。”林(lín)雨(yǔ)指出。

王笑(xiào)龍也(yě)認爲EUV技術對(duì)于中國來(lái)說仍是一項挑戰。王笑(xiào)龍介紹，EUV主要是從7nm開始，目前國内暫時(shí)沒有這(zhè)項技術的(de)應用(yòng)。國内集成電路較爲落後，尚未達到EUV技術的(de)*水(shuǐ)平，國内的(de)一些企業尚未對(duì)該項技術産生一定的(de)支撐作用(yòng)。“EUV進入中國可(kě)能是多(duō)年以後的(de)事情，目前國内28nm才剛開始，14nm大(dà)概要2020年，那麽7nm技術，zui壞的(de)預測可(kě)能是2025年，并且中國技術較爲落後，追趕*技術會産生高(gāo)額費用(yòng)，暫時(shí)尚無足夠資金支撐這(zhè)項技術。”王笑(xiào)龍說。

實用(yòng)化(huà)挑戰當前依然存在

事實上，不僅中國對(duì)EUV的(de)應用(yòng)時(shí)日尚早，上對(duì)EUV的(de)應用(yòng)也(yě)局限在很小的(de)範圍。對(duì)于EUV産業化(huà)過程中zui大(dà)的(de)挑戰，林(lín)雨(yǔ)表示主要來(lái)自于光(guāng)源和(hé)持續生産率。“例如，250W光(guāng)源是使EUV可(kě)用(yòng)于芯片量産的(de)關鍵要素。到目前爲止，ASML公司已經推出多(duō)種采用(yòng)80W光(guāng)源的(de)原型，預計将在年底推出其125W系統。目前，250W光(guāng)源主要存在于實驗階段，用(yòng)于産業化(huà)流程中所急需突破的(de)問題是光(guāng)源的(de)可(kě)靠工作效率。據賽迪智庫調查了(le)解，Gigaphoton正在幫助ASML生産這(zhè)種光(guāng)源。”林(lín)雨(yǔ)說。

根據ASML不久前公布的(de)數據，2017年EUV設備全年出貨量僅有12台，預計明(míng)年出貨量将增加至20台，而現在客戶未出貨訂單爲27台。日前，ASML公司将EUV光(guāng)刻機小範圍量産，所配用(yòng)的(de)是業内人(rén)士翹首以盼的(de)250W光(guāng)源，計劃于2017年年底完成設備産品化(huà)。

除此之外，耗電量和(hé)曝光(guāng)速度也(yě)是EUV技術的(de)實踐者需要征服的(de)挑戰。“光(guāng)刻膠和(hé)光(guāng)照(zhào)膜是傳統工藝中使用(yòng)到的(de)材料，現在已經不适應EUV技術的(de)發展。此外，EUV技術還(hái)面臨耗電量大(dà)等問題。EUV目前的(de)曝光(guāng)速度與人(rén)們的(de)期望還(hái)有一定差距。假如傳統工藝一次曝光(guāng)用(yòng)1小時(shí)，整個(gè)過程共需4次曝光(guāng)，一共要4小時(shí)，EUV技術隻需要一次曝光(guāng)，預期耗費1小時(shí)便可(kě)以完成，但是現實中卻需要3小時(shí)左右。”王笑(xiào)龍說。

成本高(gāo)也(yě)是EUV技術的(de)一個(gè)難題。“EUV技術研發投入的(de)資金量很大(dà)，技術昂貴，設備。如果這(zhè)些問題得(de)不到改善，那麽這(zhè)項技術将無法得(de)到實用(yòng)。鑒于以上所述，EUV技術既是挑戰，也(yě)是機遇。”王笑(xiào)龍說。

長(cháng)期戰略，中國不應缺位

盡管EUV現在還(hái)存在各種障礙，但是其未來(lái)應用(yòng)前景依然各方被看好。從長(cháng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，發展EUV技術是非常必要的(de)。對(duì)此，林(lín)雨(yǔ)指出：“自上世紀九十年代起，中國便開始關注并發展EUV技術。zui初開展的(de)基礎性關鍵技術研究主要分(fēn)布在EUV光(guāng)源、EUV多(duō)層膜、超光(guāng)滑抛光(guāng)技術等方面。2008年‘極大(dà)規模集成電路制造裝備及成套工藝’國家科技重大(dà)專項将EUVL技術列爲下(xià)一代光(guāng)刻技術重點攻關。《中國制造2025》也(yě)将EUVL列爲了(le)集成電路制造領域的(de)發展重點對(duì)象，并計劃在2030年實現EUV光(guāng)刻機的(de)國産化(huà)。”

“目前來(lái)看，EUV這(zhè)項技術對(duì)中國尚無實際意義，但是具有一定的(de)戰略意義。中國雖然技術落後，研發EUV技術困難頗多(duō)，但是仍要發展完整的(de)工業體系，EUV是整套體系中zui困難的(de)一塊。放眼于未來(lái)，中國的(de)技術zui後還(hái)是會到達高(gāo)水(shuǐ)平層次，7nm技術也(yě)會得(de)到應用(yòng)，這(zhè)一步勢必要走，所以現在的(de)準備工作是一定要做(zuò)的(de)，努力減小未來(lái)中國與世界的(de)差距，所以即使如今技術不成熟、制作設備缺少、但是EUV技術還(hái)是要加大(dà)關注，爲未來(lái)我國技術做(zuò)鋪墊。”王笑(xiào)龍說。

雖然國家政策對(duì)于*EUV技術給予了(le)研究支持，但是中國在光(guāng)刻行業的(de)技術、人(rén)才等積累還(hái)很薄弱。追逐者，中國必将付出更大(dà)的(de)精力和(hé)更多(duō)的(de)資金。“對(duì)于中國來(lái)說，這(zhè)項技術的(de)基礎薄弱，制作設備稀缺，光(guāng)學系統也(yě)會是極大(dà)的(de)挑戰，可(kě)以這(zhè)麽比喻，在中國，做(zuò)EUV要比做(zuò)航空母艦困難得(de)多(duō)。”王笑(xiào)龍說。

因此，針對(duì)于中國EUV技術的(de)發展，王笑(xiào)龍給出了(le)一些建議(yì)。“追求實用(yòng)技術是企業的(de)本能，追求技術卻不符合企業效益。因此對(duì)于*EUV技術，光(guāng)靠企業和(hé)社會資本是無法支撐起來(lái)的(de)，對(duì)于企業來(lái)說，研發技術缺少資金的(de)支持；對(duì)于社會資本來(lái)說，缺乏熱(rè)情的(de)投入，因此，這(zhè)項技術需要政府的(de)支持，需要國家政策的(de)推進。”王笑(xiào)龍說。

7nm大(dà)戰在即 買不到EUV光(guāng)刻機的(de)大(dà)陸廠商怎麽辦？

基于三星10nm制程工藝的(de)骁龍835早已随著(zhe)三星S8、小米6等一衆手機面世，而基于台積電10nm制程工藝的(de)聯發科Helio X30也(yě)和(hé)魅族Pro 7系列手機一起亮相了(le)。除此之外麒麟970及A11處理(lǐ)器将于今秋和(hé)消費者見面，各家産品雖有強有弱但手機芯片的(de)10nm時(shí)代已經展開，下(xià)一步就是向7nm推進，工藝推動者無疑就是三星和(hé)台積電這(zhè)兩家已較勁了(le)幾代制程的(de)業者了(le)。

對(duì)于7nm制程工藝，三星和(hé)台積電兩大(dà)晶圓代工領域*都早已入手布局以便争搶IC設計業者們的(de)訂單。其中三星原定于明(míng)年破土動工的(de)韓國華城(chéng)18号生産線動工時(shí)間已被提前到了(le)今年11月(yuè)，以便在2019年能夠進入7nm制程量産階段。值得(de)注意的(de)是三星華城(chéng)18号生産線将會架設10多(duō)台極紫外光(guāng)（EUV）設備。而根據早前的(de)報道，目前台積電在7nm上已有12個(gè)産品設計定案，*代7nm将在2018年實現量産（一說爲年前實現量産），第二代7nm則會在2019年實現量産，并導入極紫外光(guāng)技術。

不論是三星還(hái)是台積電在7nm上都将引入EUV設備，而這(zhè)種被視爲延續摩爾定律的(de)設備的(de)研發正是因爲制程工藝進入10nm後難度驟增，193nm光(guāng)刻技術不足以應付7nm、5nm的(de)需要，所以寄希望于研發EUV光(guāng)刻工藝來(lái)推動制程進步。

7nm制程的(de)進度在一定程度上也(yě)是被EUV設備所控制的(de)，而EUV設備卻是被荷蘭半導體設備廠商ASML所控制的(de)。據悉ASML是一家從事半導體設備設計、制造及銷售的(de)企業，于1984年從飛(fēi)利浦獨立出來(lái)，在去年先後宣布收購(gòu)漢微科及蔡司半導體24.9%股份。這(zhè)家壟斷了(le)光(guāng)刻機市場(chǎng)的(de)廠商股東中有三家就是我們耳熟能詳的(de)英特爾、台積電和(hé)三星。而據其公布的(de)2017第二季财報顯示，公司該季營收淨額爲21億歐元，毛利率爲45%。

EUV光(guāng)刻機研發難度非常大(dà)因此單台價格高(gāo)昂至少要1億多(duō)歐元，但這(zhè)種價值連城(chéng)的(de)設備還(hái)不是有錢就能買到的(de)，如受限于《瓦森納協定》，大(dà)陸的(de)廠商就買不到zui的(de)光(guāng)刻機設備。此外，由于EUV光(guāng)刻機生産難度和(hé)成本都非常大(dà)，導緻稱霸了(le)該領域的(de)ASML年産量也(yě)隻有12台。不過有報道稱，ASML正在提升生産效率，或能在2018年将産能增加到24台，2019年達到40台。

對(duì)于大(dà)力投入集成電路發展的(de)大(dà)陸，ASML雖然不能出售zui的(de)設備，但是也(yě)有其他(tā)的(de)合作方式。3月(yuè)份時(shí)，與上海微電子裝備（集團）股份有限公司簽署了(le)戰略合作備忘錄；6月(yuè)份時(shí)，宣布與上海集成電路研究開發中心合作，将共同建立一個(gè)培訓中心。而國内對(duì)于光(guāng)刻機設備的(de)研究也(yě)十分(fēn)重視，由長(cháng)春光(guāng)機所牽頭承擔的(de)國家科技重大(dà)專項02專項——“極紫外光(guāng)刻關鍵技術研究”項目已于今年6月(yuè)在評審專家組的(de)一緻同意下(xià)通(tōng)過了(le)項目驗收，這(zhè)是我國極紫外光(guāng)刻核心光(guāng)學技術水(shuǐ)平提升的(de)重要一步。