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      差距很大!又斥巨資買光刻機 國產半導體設備困境如何解?

      2018-06-01 10:14
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      近日,國內幾家于2015~2016年投資建設的半導體制造廠開始進入密集的設備移入期。5月20日,上海華力二期建設的華虹六廠搬入了首臺荷蘭阿斯麥公司(ASML)生產的NXT 1980Di光刻機,用于其12英寸先進生產線建設項目;長江存儲亦于5月19日接入了用于20nm~14nm工藝3D NAND閃存生產的阿斯麥公司的193nm浸潤式光刻機。中芯國際也傳出消息,于不久之前下單采購了阿斯麥公司的一臺EUV光刻機。

      密集的設備采購消息一方面顯示出幾家制造廠的建設項目進展順利,但是與此同時也反映出,國產設備業的發展存在諸多不足,特別是在半導體關鍵設備之一光刻機方面,國產品牌的差距仍然很大。改變這種狀況,縮小與國際先進水平間的差距還需要長期的努力。

      光刻機是皇冠上的明珠

      光刻機究竟有多重要,竟能讓各大知名廠商爭先恐后地引入?這要從集成電路的光刻工藝說起。傳統的集成電路光刻工藝是通過曝光的方法,將掩膜上的電路圖形轉移到光刻膠上,然后通過顯影、刻蝕等工藝將電路圖形轉移到硅片上。這一系列的光刻工藝過程在芯片生產過程中需要重復25次左右。與此同時,光刻在芯片成本中也就占據了相當大的比例。在上述的工藝流程中,硅片的涂膠、曝光、清洗等重要步驟都離不開光刻機的使用,而光刻機的分辨率、精度也成為其性能的評價指數,直接影響到芯片的制程水平以及性能水平。

      在芯片的制造流程中,對光刻機的技術要求十分苛刻。光刻機將光線透過圖形的掩膜板,打到硅片上,再通過曝光等流程,將需要挖掉的部分稀釋掉,進一步利用掩膜板,確保需要的部分不被稀釋,從而保留設計中的線路。上述的整個流程需要納米級的加工精度,對于功率以及光源的要求也十分復雜。“光刻機是半導體制造皇冠上的明珠,沒有光刻機,半導體制造是進行不下去的。”中國電科首席專家柳濱對《中國電子報》記者說。

      作為集成電路芯片制造里最關鍵的設備,光刻機的制造和維護需要極為先進的工藝技術。而這些技術在全球半導體領域的廠商中,只被少數企業掌握。在14nm及以下的工藝制程中,只有荷蘭阿斯麥公司的光刻機達到了相關的技術要求。在光刻機領域中,阿斯麥公司掌握了90%左右的市場份額。該公司目前最先進的兩代光刻技術分別是浸入式光刻機和極紫外線光刻機(EUV)。

      集邦咨詢半導體產業分析師郭高航告訴記者,此次上海華力以及長江存儲引進的光刻機并不是ASML最為先進的EUV設備。兩家企業引入的分別是NXT 1980Di光刻機和193nm浸潤式光刻機。

      市場需求與銷售不成正比

      中國也在進行光刻機設備的研制與開發,比如上海微電子在國家02專項的支持下就取得了一些成績。根據柳濱的介紹,目前上海微電子的90nm光刻機雖然尚未完全產業化,但是已經達到了工程化的層次。“上海微電子是我國光刻機領域中的代表企業,在國家02專項的支持下,上海微電子積極布局光刻機制造,在完成90nm工程化的同時,也對45nm的集成電路光刻技術進行研究。除此之外,在后封裝光刻機、LED光刻機領域,上海微電子也有所涉及。在投影光刻上,上海微電子是唯一一家國內企業。”柳濱說。

      但是與國際水平相比,我國光刻機技術仍處于落后階段。柳濱向記者表示,一方面,我國光刻機技術落后于國際2~3代。而造成這種情況的原因與產業生態有很大的關系。生產光刻機除了要達到一定工藝技術的要求之外,更重要的是需要完善的生態環境。ASML的成功離不開臺積電、三星等下游廠商的調配數據,同樣,我國光刻機的制造也需要下游廠商在修訂和調配上給予支持,但是,我國半導體產業鏈的生態環境尚未成熟,這就為光刻機的制造增加了難度。

      另一方面,人才的缺失則是自主研發的最大門檻。上海微電子有限公司總經理賀榮明就曾公開表示,發展光刻機需要高素質人才,而培養人才將會是制造光刻機中最重要的工作。

      光刻機只是我國半導體設備業中的一個縮影。近年來為了扶持我國設備業發展,國家推出了眾多政策支持和資金支持,雖然我國半導體設備的市場需求量非常大,但是國內設備企業的銷售規模卻一直難以拓展。“中國半導體設備企業的銷售規模與市場需求極不相稱。”郭高航對《中國電子報》記者說。

      根據集邦咨詢顧問統計的數據,2017年中國半導體設備市場需求規模達到82.25億美元,占到全球市場15%左右水平,雖然近兩年設備廠商在光伏、LED、面板及封測設備領域有較強表現,但半導體設備廠商營收全球占比仍處于個位數級別。

      “為進一步推進產業發展,政策與資金紛紛給予相應支持。截至2017年年底,大基金參與投資支持半導體設備廠商,例如中微半導體、北方華創、長川科技、拓荊科技、睿勵科學儀器等,并在部分設備領域已取得一定突破。”郭高航說。

      但是中國設備業的技術水平與國際之間的差距依舊不小。集成電路涉及的設備高達百余種,牽扯到的技術更是難以細數,即使再多的資金支持,沒有技術積累依舊會造成“無產出”的局面,并且隨著設備造價的逐漸提升,“小投入無產出,大投入高回報”將成為設備業發展的一種規律,資金、技術、人才依舊是我國設備業發展路上有待解決的問題。

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