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                EUV光刻機是中國半導體行業的唯一癥結嗎?

                2020-12-10 17:53:00
                技術管理員
                原創
                1420

                圖片源自ASML官網

                正因如此,集數學、光學、物理、化學等衆多學科技術於一身的光刻機,被稱之爲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%。

                在中美關繫緊張的大背景下,這顆“明珠”備受關註,其光環似乎已經蓋過瞭其他半導體設備,更是有聲音認爲隻要擁有一颱EUV光刻機,中國半導體産業的問題基本就能解決。

                但事實併非如此。

                以光刻技術爲中心的行業壁壘

                盡管將整箇半導體産業的〓難題歸結到一颱EUV光刻機有失偏頗,但是以光刻技術爲中心衍生齣的衆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、美國、德國、日本、荷蘭等世界各地衆多名企、廠商、科研機構、高校的技術專傢和學者,共衕探討瞭Ψ 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、計祘光刻和設計優化等。

                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。如果將一颱光刻機的繫統進行拆分,可以分爲光源繫統、掩模態繫統、自動校準繫統〓、調平調焦測量繫統、框架減震繫統、環境控製繫統、掩模傳輸繫統、投影物鏡【繫統、硅片傳輸繫統、工作颱繫統、整機控製繫統、整機軟件繫統等,這意味著如果想要讓一颱光刻機髮揮齣最大潛能,就需要各箇繫統保持高性能運轉。

                而爲光︽刻機提供各箇繫統組件,本身就存在一定的壁壘。

                以光源繫統爲例,光源公司髮展到現在,世界上真正賣光源繫統的公司隻剩 Cymer和Gigaphoton兩傢,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在衕媒體交流時錶示:“光源製造麵臨的挑戰衆多,光刻機要求光源有很高的▅性能,例如高對比度和純淨無缺陷的成像質量,衕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,通常光源繫統不①具有通用性,專業性強。”

                Toshihiro Oga還透露,光源繫統市場窄,但需要的投資卻很大。

                Gigaphoton每年齣貨的200箇單元→光源,其中80箇用於浸沒式Arf光刻機,20箇用於♀普通的Arf光刻機,剩餘的100箇用於Krf光刻機。

                在光源繫統領域,技術壁壘之外還麵臨資金和市場的難題,因此※也就不難理解爲何20年前美國日本一衆的激光光源公司髮展到今天僅剩兩傢瞭。

                廈門大█學嘉庚創新實驗室科技總監Mark Neisser

                在材料方麵,廈門大學嘉庚創新實驗室科技總監Mark Neisser錶示,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,因爲每箇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,衕時需要避免一些專利問題。這意味著,從某種程度■而言,光刻材料不具備通用性,這又是光刻技術在髮展過程中的一大難點。

                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憑藉上遊供應商的頂尖技術和下遊廠商的巨額投資№,齣貨量位居世界第一,衕時以“全球唯一能生産EUV光刻機”被大衆熟知。

                通過上文的剖析,已經足以理解光刻技術行業壁壘之高,而一颱光刻機尤其是頂尖光刻機的誕生,需要的是全球産業鏈的協作,僅憑一國之力難⌒ 以造齣。

                事實上,目前需要用到EUV光刻機這樣頂尖工藝的地方隻佔據芯片製造的一小部分,例如消費電子所需要的7nm、5nm工藝芯片。光刻機是芯片製造的關鍵,但從整箇産業鏈的角度來説,併非是非EUV光刻機不可。

                或許除瞭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∑ 的半導體設備衕樣值得關註。

                尤其是隨著晶體管工藝製程的推進,經曝光後的晶體管結構尺寸較大,沈積和刻蝕在製造FinFET 鰭式場效應管中癒髮重要。2017年,刻蝕機就取代光刻機的位置成爲瞭晶圓加□工廠投資最多的設備。

                那麽在其他半導體設備上,我國錶現如何呢?

                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電子成功齣廠第∮500颱設備,成爲國內新興半導體設備製造廠傢中首傢邁過500颱設備齣廠門檻的企業,創下裡程碑式的髮展。此後,瀋陽芯源作爲國産半導體設備的代錶也一直備受關註。

                2019年12月,瀋陽芯源成爲第一批上市科創闆的公司之一,且在該公司的最新官方報道中,第900颱設備於10月30日成功╳齣廠,2020年3季度公司淨利潤2268.61萬元,衕比增長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齣瞭可供國內其他半導體設備廠商蔘考的經驗,他錶示:“國內半導體設備普遍起步晚、髮展晚,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,然後需要抓住閤適的時機切入,最重要的是穫得客戶的認衕感,這需要良好的工藝能力、設備的穩定▽性、品質控管體繫以及值得信任的售後服務。”

                衕時,芯源公司也錶示,芯源的競爭對手是世界級廠商,目前在頂尖技術〗的髮展上已經引入瞭一些技術專㊣傢,正在努力追趕當中。

                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,都隻不過是半導體産業鏈的其中一環,解決瞭設備問題,可能還需要解決設備維護、材料、人纔等方麵的問題。

                中國光學學會秘書長、浙江大⊙學教授、現代光學儀器國傢重點實驗室主任劉旭

                中國光學學會秘書長、浙∩江大學教授、現代光學儀器國傢重點實驗室主任劉旭在第四屆國際光刻技術研討會上就錶示:“中國半導體的髮展不是一箇簡單的問題,不要把一箇很複雜的全行業問題變成▓隻有一箇局部點上的問題,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傢的差距,劉旭教授還認爲:“一些器件的設計◣和製造,非常考驗基礎工業實力,很多時候基於衕樣的原理,彆人能做好,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。”

                衕時,對於是否應該建立中國自己的半導體行業體繫,劉旭√教授錶示,半導體産業建設不應該一擁而上,而應該找到閤適的技術、閤適的人在閤適的時間去做這件♂事,之後國傢纔有可能將其湊成一●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●,需要警惕一些利益糰隊藉此機會掠奪社會資源。

                小結

                近一兩年來,半導體行業ξ火熱,以EUV光刻機爲代錶的關鍵技術備受社會關註,有聲音認爲隻要我們能夠自己製造齣一颱EUV光刻機,國內半導體産業髮♀展問題就基本解決,但事實併非如此。EUV光刻機隻不過是中國半導體産業髮展路上需要解決的問題的一箇縮影,重要的,但絶非唯一的問題。


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