7nm大戰在即 EUV熱潮不斷 中國半導體(ti) 設備產(chan) 業(ye) 如何推進

7nm大戰在即 EUV熱潮不斷 中國半導體(ti) 設備產(chan) 業(ye) 如何推進

半導體(ti) 製造三星、台積電先後宣布將於(yu) 2018年量產(chan) 7納米晶圓製造工藝。這一消息使得業(ye) 界對半導體(ti) 製造的關(guan) 鍵設備之一極紫外光刻機（EUV）的關(guan) 注度大幅提升。此後又有媒體(ti) 宣稱，國外政府將對中國購買(mai) EUV實施限製，更是吸引了大量公眾(zhong) 的目光。一時之間，仿佛EUV成為(wei) 了衡量中國半導體(ti) 設備產(chan) 業(ye) 發展水平的*，沒有EUV就無法實現半導體(ti) 強國之夢。以目前中國半導體(ti) 製造業(ye) 的發展水平，購買(mai) 或者開發EUV光刻機是否必要？中國應如何切實推進半導體(ti) 設備產(chan) 業(ye) 的發展？

EUV麵向7nm和5nm節點

所謂極紫外光刻，是一種應用於(yu) 現代集成電路製造的光刻技術，它采用波長為(wei) 10～14納米的極紫外光作為(wei) 光源，可使曝光波長降到13.5nm，這不僅(jin) 使光刻技術得以擴展到32nm工藝以下，更主要的是，它使納米級時代的半導體(ti) 製造流程更加簡化，生產(chan) 周期得以縮短。

賽迪智庫半導體(ti) 研究所副所長林雨就此向《中國電子報》記者解釋：“光刻是芯片製造技術的主要環節之一。目前主流的芯片製造是基於(yu) 193nm光刻機進行的。然而193nm浸沒光刻技術很難支撐40nm以下的工藝生產(chan) ，因此到了22/20nm及以下工藝節點，芯片廠商不得不將193nm液浸技術和各種多重成像技術結合起來使用，以便突破工藝極限。但是采用多重成像的手段就需要進行多次光刻、蝕刻、澱積等流程，無形中提升了製造成本，拉長了工藝周期。”

因此，EUV技術實質上是通過提升技術成本來平衡工序成本和周期成本。例如，按照格羅方德的測算，啟用EUV技術，在7nm和5nm節點，都僅(jin) 需要1個(ge) 光罩即可生產(chan) 。這樣理論上來說，就可以起到簡化工藝流程，減少生產(chan) 周期的作用。

對此，芯謀研究總監王笑龍便指出：“EUV技術的研發主要是針對傳(chuan) 統工藝中多次曝光等繁瑣問題。在過去的技術中，曝光過程可能重複2～3次，但是EUV技術可以一次完成，既減少了工序，又節約了時間。在簡化工藝流程、縮短生產(chan) 周期的同時，EUV也增加了產(chan) 能，提升了效率。”

中國購買(mai) 為(wei) 時尚早

針對EUV，在國內(nei) 流傳(chuan) 著一種聲音：受西方《瓦森納協議》的限製，中國隻能買(mai) 到ASML的中低端產(chan) 品，出價(jia) 再高，也無法購得ASML的設備。日前，ASML中國區總裁金泳璿在接受《中國電子報》記者采訪時否認了這一說法。據金泳璿透漏：“國內(nei) 某半導體(ti) 晶圓廠現已與(yu) ASML展開7nm工藝製程EUV訂單的商談工作，*台EUV設備落戶於(yu) 中國指日可待。”

這就是說，EUV要進口到中國並沒有受到限製。但是，EUV技術進入中國zui大的問題可能並非受限與(yu) 否，而是有沒有必要現在購買(mai) ？由於(yu) EUV開發的技術難度*，特別是EUV光源的功率不足，導致曝光時間過長，使得EUV一直很難得到實用，目前上EUV技術較為(wei) 成熟的企業(ye) 隻有ASML一家，其銷售的EUV價(jia) 格極為(wei) 高昂，一台售價(jia) 超過1億(yi) 歐元。而目前EUV的主要應用範圍是7nm以下工藝節點，尤其5nm工藝節點的晶圓製造。

“對於(yu) 國內(nei) 製造企業(ye) 而言，芯片製造的工藝水平還達不到EUV所擅長的範圍，目前我們(men) 28納米量產(chan) ，14納米還在布局。對於(yu) EUV而言，如果采用該技術進行14nm芯片量產(chan) ，成本太高了。”林雨指出。

王笑龍也認為(wei) EUV技術對於(yu) 中國來說仍是一項挑戰。王笑龍介紹，EUV主要是從(cong) 7nm開始，目前國內(nei) 暫時沒有這項技術的應用。國內(nei) 集成電路較為(wei) 落後，尚未達到EUV技術的*水平，國內(nei) 的一些企業(ye) 尚未對該項技術產(chan) 生一定的支撐作用。“EUV進入中國可能是多年以後的事情，目前國內(nei) 28nm才剛開始，14nm大概要2020年，那麽(me) 7nm技術，zui壞的預測可能是2025年，並且中國技術較為(wei) 落後，追趕*技術會(hui) 產(chan) 生高額費用，暫時尚無足夠資金支撐這項技術。”王笑龍說。

實用化挑戰當前依然存在

事實上，不僅(jin) 中國對EUV的應用時日尚早，上對EUV的應用也局限在很小的範圍。對於(yu) EUV產(chan) 業(ye) 化過程中zui大的挑戰，林雨表示主要來自於(yu) 光源和持續生產(chan) 率。“例如，250W光源是使EUV可用於(yu) 芯片量產(chan) 的關(guan) 鍵要素。到目前為(wei) 止，ASML公司已經推出多種采用80W光源的原型，預計將在年底推出其125W係統。目前，250W光源主要存在於(yu) 實驗階段，用於(yu) 產(chan) 業(ye) 化流程中所急需突破的問題是光源的可靠工作效率。據賽迪智庫調查了解，Gigaphoton正在幫助ASML生產(chan) 這種光源。”林雨說。

根據ASML不久前公布的數據，2017年EUV設備全年出貨量僅(jin) 有12台，預計明年出貨量將增加至20台，而現在客戶未出貨訂單為(wei) 27台。日前，ASML公司將EUV光刻機小範圍量產(chan) ，所配用的是業(ye) 內(nei) 人士翹首以盼的250W光源，計劃於(yu) 2017年年底完成設備產(chan) 品化。

除此之外，耗電量和曝光速度也是EUV技術的實踐者需要征服的挑戰。“光刻膠和光照膜是傳(chuan) 統工藝中使用到的材料，現在已經不適應EUV技術的發展。此外，EUV技術還麵臨(lin) 耗電量大等問題。EUV目前的曝光速度與(yu) 人們(men) 的期望還有一定差距。假如傳(chuan) 統工藝一次曝光用1小時，整個(ge) 過程共需4次曝光，一共要4小時，EUV技術隻需要一次曝光，預期耗費1小時便可以完成，但是現實中卻需要3小時左右。”王笑龍說。

成本高也是EUV技術的一個(ge) 難題。“EUV技術研發投入的資金量很大，技術昂貴，設備。如果這些問題得不到改善，那麽(me) 這項技術將無法得到實用。鑒於(yu) 以上所述，EUV技術既是挑戰，也是機遇。”王笑龍說。

長期戰略，中國不應缺位

盡管EUV現在還存在各種障礙，但是其未來應用前景依然各方被看好。從(cong) 長遠角度來看，發展EUV技術是非常必要的。對此，林雨指出：“自上世紀九十年代起，中國便開始關(guan) 注並發展EUV技術。zui初開展的基礎性關(guan) 鍵技術研究主要分布在EUV光源、EUV多層膜、超光滑拋光技術等方麵。2008年‘極大規模集成電路製造裝備及成套工藝’國家科技重大專(zhuan) 項將EUVL技術列為(wei) 下一代光刻技術重點攻關(guan) 。《中國製造2025》也將EUVL列為(wei) 了集成電路製造領域的發展重點對象，並計劃在2030年實現EUV光刻機的國產(chan) 化。”

“目前來看，EUV這項技術對中國尚無實際意義(yi) ，但是具有一定的戰略意義(yi) 。中國雖然技術落後，研發EUV技術困難頗多，但是仍要發展完整的工業(ye) 體(ti) 係，EUV是整套體(ti) 係中zui困難的一塊。放眼於(yu) 未來，中國的技術zui後還是會(hui) 到達高水平層次，7nm技術也會(hui) 得到應用，這一步勢必要走，所以現在的準備工作是一定要做的，努力減小未來中國與(yu) 世界的差距，所以即使如今技術不成熟、製作設備缺少、但是EUV技術還是要加大關(guan) 注，為(wei) 未來我國技術做鋪墊。”王笑龍說。

雖然國家政策對於(yu) *EUV技術給予了研究支持，但是中國在光刻行業(ye) 的技術、人才等積累還很薄弱。追逐者，中國必將付出更大的精力和更多的資金。“對於(yu) 中國來說，這項技術的基礎薄弱，製作設備稀缺，光學係統也會(hui) 是極大的挑戰，可以這麽(me) 比喻，在中國，做EUV要比做航空母艦困難得多。”王笑龍說。

因此，針對於(yu) 中國EUV技術的發展，王笑龍給出了一些建議。“追求實用技術是企業(ye) 的本能，追求技術卻不符合企業(ye) 效益。因此對於(yu) *EUV技術，光靠企業(ye) 和社會(hui) 資本是無法支撐起來的，對於(yu) 企業(ye) 來說，研發技術缺少資金的支持；對於(yu) 社會(hui) 資本來說，缺乏熱情的投入，因此，這項技術需要政府的支持，需要國家政策的推進。”王笑龍說。

7nm大戰在即 買不到EUV光刻機的大陸廠商怎麽辦？

基於(yu) 三星10nm製程工藝的驍龍835早已隨著三星S8、小米6等一眾(zhong) 手機麵世，而基於(yu) 台積電10nm製程工藝的聯發科Helio X30也和魅族Pro 7係列手機一起亮相了。除此之外麒麟970及A11處理器將於(yu) 今秋和消費者見麵，各家產(chan) 品雖有強有弱但手機芯片的10nm時代已經展開，下一步就是向7nm推進，工藝推動者無疑就是三星和台積電這兩(liang) 家已較勁了幾代製程的業(ye) 者了。

對於(yu) 7nm製程工藝，三星和台積電兩(liang) 大晶圓代工領域*都早已入手布局以便爭(zheng) 搶IC設計業(ye) 者們(men) 的訂單。其中三星原定於(yu) 明年破土動工的韓國華城18號生產(chan) 線動工時間已被提前到了今年11月，以便在2019年能夠進入7nm製程量產(chan) 階段。值得注意的是三星華城18號生產(chan) 線將會(hui) 架設10多台極紫外光（EUV）設備。而根據早前的報道，目前台積電在7nm上已有12個(ge) 產(chan) 品設計定案，*代7nm將在2018年實現量產(chan) （一說為(wei) 年前實現量產(chan) ），第二代7nm則會(hui) 在2019年實現量產(chan) ，並導入極紫外光技術。

不論是三星還是台積電在7nm上都將引入EUV設備，而這種被視為(wei) 延續摩爾定律的設備的研發正是因為(wei) 製程工藝進入10nm後難度驟增，193nm光刻技術不足以應付7nm、5nm的需要，所以寄希望於(yu) 研發EUV光刻工藝來推動製程進步。

7nm製程的進度在一定程度上也是被EUV設備所控製的，而EUV設備卻是被荷蘭(lan) 半導體(ti) 設備廠商ASML所控製的。據悉ASML是一家從(cong) 事半導體(ti) 設備設計、製造及銷售的企業(ye) ，於(yu) 1984年從(cong) 飛利浦獨立出來，在去年先後宣布收購漢微科及蔡司半導體(ti) 24.9%股份。這家壟斷了光刻機市場的廠商股東(dong) 中有三家就是我們(men) 耳熟能詳的英特爾、台積電和三星。而據其公布的2017第二季財報顯示，公司該季營收淨額為(wei) 21億(yi) 歐元，毛利率為(wei) 45%。

EUV光刻機研發難度非常大因此單台價(jia) 格高昂至少要1億(yi) 多歐元，但這種價(jia) 值連城的設備還不是有錢就能買(mai) 到的，如受限於(yu) 《瓦森納協定》，大陸的廠商就買(mai) 不到zui的光刻機設備。此外，由於(yu) EUV光刻機生產(chan) 難度和成本都非常大，導致稱霸了該領域的ASML年產(chan) 量也隻有12台。不過有報道稱，ASML正在提升生產(chan) 效率，或能在2018年將產(chan) 能增加到24台，2019年達到40台。

對於(yu) 大力投入集成電路發展的大陸，ASML雖然不能出售zui的設備，但是也有其他的合作方式。3月份時，與(yu) 上海微電子裝備（集團）股份有限公司簽署了戰略合作備忘錄；6月份時，宣布與(yu) 上海集成電路研究開發中心合作，將共同建立一個(ge) 培訓中心。而國內(nei) 對於(yu) 光刻機設備的研究也十分重視，由長春光機所牽頭承擔的國家科技重大專(zhuan) 項02專(zhuan) 項——“極紫外光刻關(guan) 鍵技術研究”項目已於(yu) 今年6月在評審專(zhuan) 家組的一致同意下通過了項目驗收，這是我國極紫外光刻核心光學技術水平提升的重要一步。