传上海微电子将推28nm光刻机,使用国产组件,摆脱对美国依赖

光刻机与刻蚀设备、薄膜沉积设备、离子注入设备合称芯片制造的“四大金刚”,但在半导体设备市场,这些关键设备长期被国外垄断,成为卡脖子技术。

荷兰ASML是光刻机领域的霸主,全球市场份额占比接近80%,能实现7nm以下制程的EUV(极紫外光)光刻机市场份额100%;美国应用材料是半导体设备的另一霸主,凭借其强大的生产线,横跨沉积设备、离子注入、刻蚀、化学机械抛光(CMP)等多个领域,2018年以前,应用材料长期坐稳半导体设备市场第一供应商的位置。

目前,在整个半导体设备市场中,应用材料、ASML、东京电子三家公司合计市场份额高达60%-90%,鲜有国内设备公司进入海外市场。

国产光刻机

上海微电子(SMEE)是国产光刻机的代表,目前能实现的工艺节点为90nm,据DIGITIMES报道,上海微电子有望在2021年四季度交付第二代深紫外光(DEV)光刻机,该设备可使用28纳米工艺生产芯片,并使用国产和日本组件,为国内半导体产业摆脱对美国依赖迈出的重要一步。

上海微电子装备(集团)股份有限公司成立于2002年,致力于半导体装备、泛半导体装备、高端智能装备的开发、设计、制造、销售及技术服务,公司设备广泛应用于集成电路前道、先进封装、FPD面板、MEMS、LED等制造领域。

根据科塔学术的资料,上海微电子是集成电路装备专项(02专项)参与单位之一,“十一五”至今,承担国家02重大科技任务专项“90nm光刻机样机研制”、“浸没光刻机关键技术预研”等项目,经过十几年的原始创新和集成创新,在光刻机核心领域与关键技术方面取得了重大突破。

2017年10月,上海微电子承担的02重大科技专项“90nm光刻机样机研制”任务通过了专家组现场测试,2018年3月,90nm光刻机项目通过正式验收。

“十三五”期间,上海微电子装备正在承担国家科技重大专项的标志性项目“28nm节点浸没式分布重复投影光刻机研发成功并实现产业化”等。

也就是说,上海微电子的28nm光刻机项目,早在5年前就已经定为研发目标,明年交付是在计划之内,但过程并非顺利,今年7月,华为在国内挖光刻机方面的人才,据互联网信息博主“欧阳秋叶”的爆料,上海微电子的老总跑到上海市政府领导那里去投诉了,因为华为“挖墙脚”搞得他们家02专项的任务都完成不了。

到如今,28nm国产光刻机的消息传来,成功背后所遇到的困难,外界鲜有人知。

28nm水准如何?

28nm的工艺到底属于什么样的水平呢?目前上海微电子最高端机型为SSA600/20为沉浸式深紫外光微影机,配备波长193nm氟化氩(ArF)光源,后续机型将继续使用氟化氩光源,但能制造28nm工艺的芯片,且能用于40nm、55nm和65nm工艺。

首先是光源,英特尔与台积电在2004年就开始使用沉浸式深紫外光(DUV)微影技术;制程工艺方面,台积电在2011年开始采用28nm工艺技术,2013年iPhone 5S的A7芯片是采用28nm工艺,因此上海微电子的28nm光刻机难称得上是尖端装备。

11月底,ASML与比利时半导体研究机构IMEC共同完成了1nm光刻机的设计工作,按照计划,预计相应的曝光设备全线准备好之后,会在2022年实现商业化,从制程工艺来说,若明年上海微电子实现量产并商业化,光刻技术与国外差距约为10年,技术代差为7-8代。

成熟工艺仍被广泛应用

28nm及以上工艺被称为成熟工艺,虽然被各大晶圆厂采用多年,但仍被广泛应用,电视、汽车、物联网所使用的芯片大多来自成熟工艺制程。

根据研究机构IC Insights发布的《2020-2024年全球晶圆产能》报告,到2024年,半导体制程格局将出现10nm以下,10-20nm,40nm以上工艺三分天下的格局,各自市场占有率约为1/3,而28nm以上的成熟工艺在未来四年的市场份额没有明显变化,仍然有很大的市场。

最近,拓扑产业研究院发布了第四季度全球前十大晶圆代工厂的营收和排名预测,原本排名第四的联电超过了常年排在第三位的格芯,进入行业前三甲,要说工艺的先进程度,联电早在2018年就已经对外宣布不再对10nm及更先进制程进行研发投入,退出了先进制程的角逐,最先进的制程为14nm。

但自2018年之后,联电将战略重点放在28nm及以上的制程上,努力提高投资回报率。今年联电成功拿下高通、英伟达的成熟制程订单,外加德州仪器、意法半导体扩大订单是联电的逆袭主要原因,也证明了成熟制程仍然拥有广阔的市场。

芯片国产替代进程

回到芯片国产替代进程,不难发现,国产替代绝非某一个方面突破了就整体突破了,而是整体进步一步才算向前进步一步。

整个芯片产业链中,华为海思能设计出5nm工艺的芯片;在芯片制造端,中芯国际14nm工艺已经量产;半导体设备方面,中微公司自主研发的5nm等离子体刻蚀机经过台积电验证,被用到全球首条5nm制程生产线上;中电科在离子注入机、化学机械抛光(CMP)等关键核心技术也取得了突破..但这都不能代表国产芯片的真实水平。

一只木桶能盛多少水,并不取决于最长的那块木板,而是取决于最短的那块木板。国产光刻机、光刻胶、沉积设备、大硅片等设备和材料,依然落后很多,拉低了整体水平;当然,没有哪个国家能面面俱到,也不太可能完全与国外技术脱钩,一点不剩,这更多是一种极限思维,实际能做到你中有我,我中有你,互有底牌就已经很不错了。

没有一夜突破的神话

28nm光刻机至少在5年前就有规划,出成果至少是5年的技术积累。

另外,我们看到现在A股中,已经实现盈利的、在业内站稳脚跟的半导体上市公司,几乎有一个明显的规律,中芯国际、中微公司、上海微电子、芯源微、北方华创等大多在2000年前后成立,因为2000年我国出台《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干意见》(即18号文件),在当时最大限度地对半导体产业进行扶持,之后才有了2000-2005年半导体产业的快速发展,这些公司正是延续下来的。

但美国将国内芯片厂商的退税优惠,对进口芯片加征关税的举措上诉至WTO,最终导致自2006年4月1日起,停止18号文件中有关增值税退税条款,之后国内芯片产业在外围冲击之下,发展渐缓。

今年8月,升级版18号文件《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》正式印发,从财税、融资、人才、知识产权、国际合作等八个方面鼓励集成电路和软件产业的发展,结合新的五年规划,相信国内半导体产业将进入新的发展快车道,加速实现国产替代,加速中国半导体公司走向海外,提升全球竞争力。

本文源自头条号:胡一侃

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