国产光刻机与刻蚀机自主研制的背后经历了哪些难题?
发布时间:2020-04-30 10:35:20 浏览:6926
国产化替代是引领中心技艺工业展开的一面旗帜,半导体工业国产化的蜕变曾经历多年,从上游材料设备到中游设计制造,再到下游封测,我国半导体工业链各个环节的国产化展开和竞争也反常猛烈。
从2000年国内半导体创业第一波浪潮席卷至今,无数芯片设计、制造和封测等企业如雨后春笋拔地而起,而晶圆制造前道设备历经了20年长跑,各类设备在制程节点展开上却仍存在较大间隔。究其因,既是技艺壁垒的差别化而招致,也有着政策、商场乃至全球竞争的影响。
关于长时辰面对国外技艺封锁,且技艺单薄的国内光刻机和刻蚀机工业来说,想要完成国产化并非好事多磨。
一方面,我国大陆在光刻机和刻蚀机范畴的技艺根底单薄,我国台湾地域以及西方兴旺国度对我国大陆的半导体产品进口实行严厉的控制,就连在我国大陆建厂,产线都必需比当时的工艺落后至少三代;另一方面,在国内半导体设备厂商想要完成技艺打破的一同,也需绕过巨头们从前留下的层层技艺专利,以及美国商务部的各类清单控制。
中微半导体成立后,开端面对三家世界半导体设备巨头发起的专利战,包含运用材料和科林研制在内,最终均以中微半导体的胜诉或双方宽和而告终。
为了限制中微半导体的技艺展开,美国商务部曾一度将中微半导体列入商业控制清单。直到2015年,由于中微半导体已开发并量产具有和美国设备公司对等质量,且数量恰当的等离子体刻蚀设备,美国商务部工业平安局才正式将该公司从清单中除掉。
往常,中微半导体的7nm和5nm刻蚀机设备已胜利打入台积电的先进制程产线。与此一同,据2020年3月数据,到本年2月底,在长江存储对外揭露的中标信息中,中微半导体的刻蚀机中标数量占比15%,仅次于排名第一的泛林半导体。
在国产光刻机的故事中,由国度牵头成立的上海微电子在展开进程中也相同遭到了障碍。
假设没有高端光刻机,那么我国在高端芯片的制造范畴将会受制于人。
在研制光刻机的进程中,曝光体系是光刻机设备的中心,一同也是研制难度最大的环节。但在2002年,国内并没有厂商消费高端投影曝光体系,而世界上可以供应高端投影曝光体系的公司都不约而同地拒绝协助上海微电子。
一面是寻觅供货商屡屡受阻,一面是几十亿钱的研制本钱,上海微电子一咬牙,决议自研规曝光体系!所以从2002年至2008年,上海微电子花了六年时辰,投入数百人停止研制,从零根底开端研讨,总算在2008年完成运用。
与此一同,上海微电子在研制进程中所需求的特别材料,则依托和国内研讨所、大学停止协作研制,包含原材料的加工方法和工艺,亦是从一片空白渐渐地探索出属于本人的方法。
2018年,上海微电子历时16年研制的90nm光刻机项目经过国度正式验收,并持续向65nm、45nm乃至22nm制程推进。
此外,近年来上海微电子的自主创新才干亦不时进步,到2018年12月,上海微电子直接持有各类专利及专利申请已超越2400项。
天时、天时、人和,在国内半导体创业浪潮展开的一同,国产光刻机和刻蚀机的展开也迎来了年代给予的展开时机。在信息技艺技艺工业展开的推进下,国内对芯片的商场需求亦不时扩展,智能手机等行业的展开对芯片工艺提出了更高请求。
与此一同,国务院于2014年提出了《国度集成电路工业展开推进纲要》。其间说到至2020年,我国挪动智能终端、网络通讯、云计算、物联网、大数据等重点范畴IC设计技艺抵达世界抢先程度,16nm及14nm制造工艺完成规划量产,关键配备和材料进入世界采购体系,根本建成技艺先进、平安牢靠的集成电路工业体系。
往常,我国包含光刻机和刻蚀机的半导体设备实力正矫捷增强。据数据显现,2005年我国大陆半导体设备销售额约13亿美圆,而到2018年已上升至131亿美圆,全球商场占比也从4%增加至20%。
但国产半导体设备工业的国产化“反动”还没有胜利。
自2004年ASML和台积电一同研制出193nm浸没式光刻机后,商场份额一路飙升,从上世纪80年代的不到10%,增加至2009年的70%,开端终年坐拥光刻机商场的大半壁河山。
2019年,ASML历时20年研制的EUV光刻机降生,首先迈入7nm和5nm制程范畴,直接奠定了ASML的全球光刻机霸主之位。至此,日本尼康和日本佳能“昏暗”退居二线,集中消费技艺和价值量更低的后道光刻机和面板光刻机,前道光刻机彻底被ASML垄断。
此刻,我国的量产光刻机还在一整代技艺鸿沟此岸的60nm制程,22nm工艺也只是堪堪飘过,未能落地,国内外的技艺间隔将近20年。
而在刻蚀机范畴,从上世纪90年代ICP概念引进后,泛林半导体仰仗主打ICP刻蚀设备逐步上升,在随后的十几年展开中和东京电子一同赶超运用材料。
由于刻蚀机的技艺门槛远小于光刻机,我国刻蚀设备在技艺上的追逐已获得显着效果。但从全球商场来看,我国刻蚀设备的商场占比仍有十分大的增加空间。
据商场研讨数据,2017年泛林半导体的全球商场份额为55%,排名世界第一,而东京电子和运用材料分别以20%和19%位列世界第二、第三,剩下包含中微半导体和北方华创在内的刻蚀设备玩家,商场份额仅为6%。
而这反面的间隔,不只仅是长达数十年的技艺阅历间隔,还有宏大的资金投入差别。
以ASML为例,该公司每年研制费用投入高达10亿欧元,并还在逐年增加。据ASML在本年1月发布的2019年Q4及全年财报,其在2020年Q1的研制费用就抵达5.5亿欧元。
相比之下,中微半导体在2019年年度报告中走漏,其2019年的总研制支出约4.25亿钱,占总营收21.81%;北方华创在2019年年度报告中说到,其2019年总研制支出约11.37亿钱,占总营收28.03%;而上海微电子研制投入没有揭露。
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