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前 言
在国产芯片制造进程中,光刻机一直位于“卡脖子”环节之列。
作为光刻工艺的核心设备,光刻机也是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备,而其光刻的工艺水平直接决定了芯片的制程和性能水平。因此可以说,光刻机的水平直接决定了中国芯片制造的水平。
但关于光刻机,我们可能存在三大认知误区。
01 我们不缺光刻机
首先,我国光刻机进口并未完全受限,国产光刻机正迎来新突破。
光刻机主要分为两类:DUV光刻机和EUV光刻机。前者只能做到7nm制程,后者是5nm及更先进制程芯片的刚需。由于EUV光刻机可实现的工艺制程更先进,技术要求极高,全球只有光刻机巨头ASML一家厂商能够设计和制造,但制造环节大量使用美国技术。
我国的DUV光刻机供应商主要是荷兰的ASML、日本的尼康和佳能,DUV技术是由荷兰和日本独立发展,不受美国限制,因此能够正常供应。
而EUV光刻机国内一直买不到。早在2018年,中芯国际就花了1.2亿美元向ASML订购中国首台EUV光刻机,受到美国禁令等因素影响,至今没有收到货。
不过我国现阶段并不急需EUV光刻机,如果我们能够在DUV光刻机方面获得进一步突破,还是有可能把国产芯片制程工艺推到7nm甚至更往前。此前有消息称,国产光刻机已有新突破,将实现从90nm跨越到28nm,如能量产,国产芯片的自主化程度将会大大提升。
02 有了光刻机,就能造芯片?
其次,光刻虽然是芯片制造最核心、最难的环节,但不是说有了光刻机就能造芯片了。芯片制作包括芯片设计、晶片制作、封装制作等多个环节,其中晶片制作过程尤为复杂。
晶片制造工艺分为“三大”+“四小”工艺,三大包括光刻、刻蚀、沉积;四小包括清洗、氧化、检测、离子注入。这7个前道工艺缺一不可。
芯片生产过程包含单晶硅片制造、前道工艺和后道工艺
这里面,三大工艺占比都很高,光刻机占到芯片成本30%,刻蚀机25%,PVD/CVD/ALD占25%,并列成为最重要的三大前道设备,强调光刻机的重要性时,其他部分也不能忽视。
我们讲产业困境时,会反复提到光刻机,这让不少人以为只要光刻机不受限,好像芯片的“卡脖子”问题就能解决了,事实并非如此。芯片工艺流程中,7大前道工艺设备都不可缺少。
03 造光刻机不是最紧迫的事
那么,中国现在最紧迫的是造光刻机吗?其实不是。
从以上分析中可以看出,造光刻机不是当前最紧要的问题,中国半导体制造不缺光刻机。
前面提到的7大前道工艺设备中,全球的光刻机制造,基本由ASML、尼康和佳能三巨头垄断,美国能插手的有限。
然而另外6大相关设备:刻蚀、沉积、离子注入、清洗、氧化、检测设备,多由美国和日本垄断,其中检测设备由美国的KLA(科磊)深度垄断。
众所周知,经过美国之手的技术,国内想要进口,都存在被限制的风险。因此,对于中国的芯片产业链而言,最紧迫的不是造光刻机,而是着力攻关被美国限制的其他更关键的技术。
不过话说回来,尽管我国的芯片产业链水平与国外相比仍有差距,但我们始终存有赶超的信心。
回顾中国光刻机60年的发展,其实中国在最初也是条件最艰苦的阶段,就曾独立研发出光刻机,一度把中美之间的距离缩短至7年。
后因种种因素导致差距再次拉大,且开始面临断供的风险,为此,中国再次奋起直追。
2002年,代表中国最先进光刻机水平的上海微电子刚成立时,我国光刻机领域领军人物贺荣明与国外工程师谈技术合作,却反被嘲讽,“就是给你们全套图纸,你们也做不出来!”
在这样薄弱的基础与外界的轻视下,经过十多年的自主研发,我国90nm国产光刻机最终实现量产,且销往海外。而后道封装光刻机则早已研制出来并出口海外,全球市占率高达40%。
今年9月,上海市经信委主任吴金城在新闻发布会上透露,我国目前已实现14纳米先进工艺规模量产,90纳米光刻机、5纳米刻蚀机、12英寸大硅片、国产CPU、5G芯片等均实现突破。
可以看到,中国正一步步缩小与国外的差距。无论是光刻机,还是其他受限设备,国产化道路或许漫长,但星星之火已然点亮我们通往胜利的征程。
参考资料:
半导体风向标.《光刻机的三大误区》
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