華為
近期,華為的消息幾乎充斥著各大媒體平臺,每隔一段時間就會有進一步的消息傳出,大家心中的愛國之情也在頻繁刺激下迸發。面對我國半導體行業發展的技術短板,大家更是憤憤不平,紛紛喊出了獨立自主搞研究的口號,國內企業也是很爭氣,紛紛一擁而上大力開展半導體方面的研究,我們正在翹首以盼的等待好消息。結果國外的「好消息」卻搶先傳來了,1納米EUV光刻機要來了。
我們的發展還能怎麼繼續?
還沒聽到臺積電1納米工藝的突破,就先聽到了1納米光刻機的進展。
近期比利時一家叫做IMEC的半導體研究中心在今年的研究論壇上表示,該公司目前正和阿斯麥進行EUV光刻機方面的合作,合作目標就是共同開發出下一代的高解析度EUV光刻技術,名字叫做High NA EUV。一旦該項合作投入使用,外界所猜測的「摩爾定律接近極限」的說法很可能被推翻。該技術將改進到1納米甚至更小,看來EUV光刻機的發展還在進一步加快,反觀目前國內的光刻機研究仍舊毫無進展。
EUV光刻機
其實,目前業內很多半導體企業基於摩爾定律已經放緩的現實,已經逐漸放棄了工藝微型化的研究,但是IMEC仍舊在繼續投入,也許大家對這家公司並不熟悉,IMEC是目前世界上最先進的微型化研究機構,一直致力於和阿斯麥進行EUV技術的研發。目前,用於1納米的光刻機設備終於有了進一步的消息。IMEC在這次研究論壇上還公布了3納米到1納米以下的邏輯器件路線圖,引發各大半導體企業的關注。
其實對於高NA技術,臺積電和三星在7納米工藝上就已經有所運用了,5納米工藝更是要通過NA技術和降低波長相結合來實現,而對於要求更高的2納米以下的超精細工藝那就需要解析度更高的光刻設備了。
發展現狀
阿斯麥目前已經取得了重大進展,高NA EUV光刻設備相關系列預計2022年左右就可以實現商業化,不過這臺機器在體積上相當龐大,因為其中包含的光學系統相當複雜,導致這臺機器的高度超過了極限,常規潔淨室恐怕放不下,看來這個新一代的機器還是需要經過完善的,不然的話使用廠商就要為它專門建一個新的潔淨室了。
目前臺積電已經開展了3納米、2納米以及1納米的製程工藝研究,並不斷傳出突破的消息,可見,在近兩年臺積電的3納米工藝晶片就將達到量產水平。屆時,再有阿斯麥新一代的EUV光刻機加持,臺積電就真的是打遍天下無敵手了。目前中芯國際才剛剛實現了14納米晶片的量產,此前也傳出了性能可以比肩7納米的製程工藝新突破,但是要想達到量產水平,還得經歷一段時間的打磨。
臺積電
大家都知道,在正常情況下,7納米以及7納米以下的工藝生產都不可避免的會用到EUV光刻機,但是中芯國際所謂的7納米工藝並不是真正意義上的7納米工藝,而是依託於FinFET技術推出的N+1工藝,這種工藝下晶片的性能和穩定性都能達到7納米晶片的水平,可以說是沒有EUV光刻機可用的情況下的一種替代方案。針對目前在等效7納米晶片上獲得的成績,中芯國際的梁孟松表示,N+1工藝之後還會進一步推出N+2工藝,這也是在目前國內放緩對EUV光刻機需求的最佳方案。在計劃中,N+2工藝也不會用到EUV光刻機,但是我們不能一直依託這種技術,對於EUV光刻機的需求早晚會有,希望國內的晶片製造企業能夠等到設備就緒。
中芯國際
國內光刻機研究取得成果最好的就是上海微電子,它們可生產90納米晶片的光刻機已經實現了量產,也可以實際投入使用。目前上海微電子正在進行可生產28納米晶片的光刻機的研發,至今為止沒有進一步突破的消息傳出。在這種光刻機水平下,我們無法滿足國內代工企業的需求,只能尋求外界的幫助。
上海微電子
根據相關專家研究分析,我國的光刻機行業至少落後阿斯麥15年,而這15年的時間正好包括兩個技術節點:一個是浸潤式技術,另一個就是EUV光刻技術。浸潤式技術是在2000年臺積電的技術鬼才林本堅提出的新想法,主要是利用光的折射原理去改變光刻技術,這種原理在理論中雖然很簡單,但是實際操作起來卻很難,當時的光刻機巨頭尼康也是因為這個拒絕了林本堅,在浸潤式式原理之下,不用改變波長就能達到進一步的效果,於是阿斯麥進行了嘗試,才有了現在稱霸世界的光刻機巨人。
日本尼康
面對這一難題,目前我們還未有突破,而另一個EUV技術的突破就更不用多說了。浸潤式技術是阿斯麥和臺積電合作突破的,EUV技術則是廣羅了美國的科技先驅才完成的突破。當時英特爾作為半導體領域當之無愧的大哥,急於進一步發展晶片的性能,於是和美國的能源部牽頭,把AMD、IBM等半導體大公司拉入夥,聯合美國的三大科技實驗室對EUV技術進行了研發。但是當時在光刻機領域,美國本土缺少合適的企業填補空缺,英特爾就打算在荷蘭阿斯麥和日本尼康中選擇一個,但是由於美國當時不甘於被日本的尼康壓了一頭而放棄了尼康,轉而選擇了阿斯麥,這也是阿斯麥能成長起來的重要原因。
反觀國內的光刻機製造行業
通過這兩次光刻機的重要突破,再反觀國內的光刻機製造行業,我們目前只能依靠自己的力量進行研究。前段時間根據日本的媒體報導,日漸衰落的尼康有意與國內企業合作進行光刻機方面的研發,如果雙方真能達成合作,對於國內的光刻機行業來說無疑是一大助力,雖然尼康目前在光刻機領域已經漸趨衰落,但是作為曾經一度超過美國半導體的光刻機巨頭,尼康的實力也不容小覷。
目前國內的半導體產業鏈亟待打通,面對同樣是在半導體行業勢頭強勁的韓國,我們的合作機會卻不大,非但合作這條路走不通,一旦韓國有較大突破,很可能國內的半導體產業面臨的形勢會更加嚴峻,相比較來說,日本尼康則受美國影響較小。
此前,尼康的半導體事業也曾多次受到美國的制裁,不然不會淪落到如今的地步,由此可見,我們的合作機率還是很大的。