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中国光刻机发展现况及问题

2023-01-16 汽车电子与软件 阅读:
作者:一杯紅咖啡在十多年前大家都怀疑的EUV技术路线时,当时台积电的研发一把手蒋尚义是这样说的:「我一生中做过许多技术方面的决定。我决定的方向可能当时来说不是最好的。但是我一旦决定了,就会把所有的资源

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作者:一杯紅咖啡7Jwednc

在十多年前大家都怀疑的EUV技术路线时,当时台积电的研发一把手蒋尚义是这样说的:「我一生中做过许多技术方面的决定。我决定的方向可能当时来说不是最好的。但是我一旦决定了,就会把所有的资源投入到那里,让它成功。另一个或许是当时更好的方向已经无关紧要了,因为它已经出局了」。7Jwednc

世界光刻机龙头ASML的成功也离不开他自己的努力,但蒋尚义博士说的资源,才是ASML能成功的真谛,一个新的技术路线,很多是因为投入了大量资源,上下游大量的跟进,积极的整合,才能形成不可撼动的地位,进而成为主流,但他或许并非最好的技术。7Jwednc

ASML的发展网上很多文章,他是如何在尼康、佳能独霸光刻机的90年代,在2005之后完成逆袭,这与台积电林本坚博士的浸没式技术有密不可分的关系,后来因EUV研发过于巨大,又获得英特尔,台积电与三星的共同投资,再到EUV原型机最后更是与台积电深度合作才获得成功,当时主导EUV项目的台积电研发处长严涛南如今成为了ASML全球副总裁。7Jwednc

ASML的成功有日本技术,美国技术,韩国、欧洲的技术,但ASML与台积电更是有千丝万缕的关系,更可以说有台积电才有今天的ASML。光刻机是集世界科技大成所实现的半导体工业上的皇冠,ASML确实实至名归。7Jwednc

网上很多ASML与台积电林本坚研发浸没式光刻机进而打败原本的巨头尼康的故事,大家可以自己搜寻,文章下一段我们来说说网上几乎很少人提及的EUV光刻机研发的故事。7Jwednc

我们先从由当初与ASML一同开发出EUV的前台积电研发处长,现任ASML全球副总裁的严涛南所写的EUV光刻机20年研发全过程的文章,来了解当时的艰辛。7Jwednc


以下为严博士全文7Jwednc

2019 年底在旧金山举办的年度国际电子元件会议(IEDM)上,台积电公布的两个报告标志着集成电路制造迈入了EUV 光刻时代。第一个报告宣布了应用EUV 光刻技术的7 纳米世代的改良版芯片已经于2019 年正式量产,我们知道这个技术已经用在2019 年生产的麒麟990 5G 这颗有多于100 亿个晶体管的芯片上。7Jwednc

第二个报告宣布了2020 年量产的5 纳米世代将会有十几层的制程用EUV 光刻技术来完成,取代多于它四倍(四十几层)的193 纳米浸润式光刻技术。果然,2020 年秋天,华为mate40和苹果公司的5G 旗舰手机已经搭载台积电制造的5 纳米世代的芯片。日前,苹果更宣布用于Mac PC 的新芯片:这片5 纳米世代的芯片上含有160 亿个晶体管。EUV 光刻技术使摩尔定律得以延续。7Jwednc

ASML 上周财报中指出该公司于2020 年底庆祝第100 台EUV 极紫外光光刻系统出货。中国台湾目前更是全球EUV最大的装机基地。EUV 光刻技术历经20 余年的实验室研发,以及12 年的量产研发,至今成为半导体先进制程中最重要的生产工具。ASML 全球副总裁暨技术开发中心主任严涛南,正是推动EUV 应用在量产阶段的灵魂人物。接下来我们看一下由严涛南先生撰写的文章:ASML 极紫外光(EUV)光刻技术的量产历程。7Jwednc

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严涛南,asml全球副总裁,前台积电euv研发处长

EUV 光刻技术采用锡的电浆来产生波长为13.5 纳米的光源,以及用钼硅多层反射薄膜来把光传递到芯片上。不同于一般的紫外光光刻技术,EUV 光刻技术得在低真空中运作,技术难度更高。7Jwednc

EUV 光刻技术以实验室形式的研发(日本,美国,欧洲,包括ASML和Cymer)已经走过了二十多年却仍达不到量产的技术要求,但也没有被放弃。理由只有一个:因为没有showstopper(明显的重大问题)。当时业界普遍认为如果EUV 能用于量产就可以让摩尔定律延续生命。这是个巨大的诱惑。台积电是全球最大的半导体代工厂,在先进制程独占鳌头,其开发所有新技术的目的只有一个:最终用于量产。而开发用于量产的EUV 光刻技术就落到了我的肩上。7Jwednc

量产的要求极高,要知道EUV 光刻技术的种种瓶颈,就必须在当时仅有的EUV 光刻设备上做实验。2006 年,标志着EUV 实验室研发阶段的结束。那年,我现在的东家ASML 交出了两台EUV 样机,叫做Alphademo tool (ADT)。其中一台由纽约州的Albany 纳米中心获得,另一台落户比利时微电子研发中心(imec)──ASML 的长期合作伙伴。因为台积电是imec 的「核心伙伴」成员,我派了一位光刻技术专家去那里蹲点。尽管那台样机故障频频,但从他寄回来的芯片中,我们看到了一线希望,决定继续往下走。7Jwednc

2010 年的春天,在当时台积电研发组长蒋尚义博士(后为台积电共同营运长)的主导下,我们向ASML 订了一台型号为NXE:3100(数值孔径为0.25)的EUV 光刻机台。那款机型是继ADT 后的EUV 研发机台。ASML 一共做了六台,分别运往了三星、imec、英特尔、东芝、海力士和台积电。光源是美国Cymer 公司提供的。7Jwednc

因为是第一次采用激光电浆(laser-producedplasma,LPP)技术来产生波长为13.5 纳米的EUV 光,3100 的光源非常弱,最佳状态时只能输出10 瓦的功率,是现在量产机台(输出功率250 瓦)的二十五分之一,而且可靠性低,经常故障。但我相信它是可以进步的,因为研发中的下一代光源在Cymer 的实验室里已经演示出高于10 瓦数倍的功率,虽然只是短暂的瞬间,而不是七天二十四小时持续发光。7Jwednc

而且那时我们第一要关心的不是光源的输出功率,而是光刻机台镜头的解析度。镜头是ASML 的合作伙伴ZEISS 做的。虽然数值孔径都是0.25,NXE:3100 的镜头比起ADT 来有很大的进步,我们看到它已经可以在芯片上曝出10 纳米世代需要的图案!再者,ASML 的下一代机型NXE:3300 有更高的0.33 的数值孔径,意味着更高的解析度。还是在蒋先生的全力支持下,我们订购了NXE:3300,继续往前冲。7Jwednc

2012 年底,张忠谋董事长问我:「你觉得EUV 成功的机率有多少?」我答「80%」,他说:「那你很乐观噢!某人说只有50%」。回想起来,当时在大老板前面讲出80% 的成功机率确实是有点胆大。但我还是信心满满。为什么?7Jwednc

义无反顾,全力以赴,合作无间7Jwednc

ASML 从一开始就认知到开发EUV 量产光刻机台是个极高风险但又是高回报的事业。而且延续摩尔定律是它的社会责任。因为风险极高,所以ASML 的竞争对手从一开始就没有打算要开发量产的EUV 技术。它的社长对我说:「EUV 是不会成功的;ASML 会蚀掉所有的开发成本」。其实那时有这样的想法是很正常的,持这样观点的人也很多。7Jwednc

但ASML 不是一般的公司。决定它在EUV 光刻机台技术上成功的因素有三个:7Jwednc

决定开发EUV 光刻机台后,公司将全力以赴,投入了所有可能的资源来降低风险,使它成功。技术长Martin van den Brink 亲自挂帅,事无巨细,都一一过问。和像台积电这样的重要客户共同开发。对台积电来说也一样。因为已经决定了,就要全方位的投入。蒋先生和我们分享过这样一段话:「我一生中做过许多技术方面的决定。我决定的方向可能当时来说不是最好的。但是我一旦决定了,就会把所有的资源投入到那里,让它成功。另一个或许是当时更好的方向已经无关紧要了,因为它已经出局了」。7Jwednc

我义无反顾,全心全意地投入EUV 的开发。每天一定会穿好无尘衣进入无尘室去看我的机器:了解它们的状况,做出相应的决定。公司内部有人说我是公司里唯一一位每天进无尘室的处长。不知是褒义还是贬义。但我知道:绝对不能只听报告,然后在办公室或会议室里隔空指挥,特别是当机器的可靠性还很低时。为了让机器的利用率达到最高,我需要看了机器当时的状况后,决定让它接着曝实验芯片,或是把它拉下来做机器本身的实验。为了赶进度,我们和ASML 共同开发:很多实验都是在荷兰或美国初步进行一下,然后直接在台积电的3300 光刻机台上完成的。7Jwednc

在通往量产的路上,人们最担心的是光源的输出功率是否最终能达到250 瓦。这是量产机台所必须有的。因为单价很高,EUV 光刻机台要有高的稼动率来压制芯片的生产成本。上面提到,光刻机台最要紧的是镜头的解析度。那时ZEISS 做的镜头已经不是问题。光源的输出功率变成了主要问题。7Jwednc

2013 年十月底,我们的第一台NXE:3300 开始曝光,但从十一月开始的好长一段时间,光源的功率都无法超越10 瓦。透过不断的实验,到了2014 年第二季,功率爬到了40 瓦左右。然后接着一连串的实验都没法让它继续提升:主要表现在高于40 瓦输出功率的稳定性欠佳。整个夏天,我们和ASML 在新竹、荷兰、美国不停地做实验。7Jwednc

EUV 光的产生是用二氧化碳激光每秒5 万次去轰击液态锡滴。出来的EUV 光通过一个直径为0.65 公尺的椭球反光镜送进光刻机台里头。锡滴位于椭球反光镜的一个焦点,机器的进口位于它的另一个焦点。所以,保持这块反光镜不被雾化就成了关键中的关键。7Jwednc

为什么会雾化?因为锡滴被激光轰击后气化,在腔内扩散,会沉积在镜子上。因此,我们在反光镜周围输入氢气。EUV 光能把氢分子分离为氢原子。而氢原子又能与锡结合,变成气态的氢化锡,然后被抽出腔体。不让反光镜雾化的关键是把二氧化碳激光的功率,氢气的流量和氢气的压力调到最佳组合。当然还有其他关键的地方。总之,这个十亿美元的游戏就是要怎样把EUV 光的稳定的输出功率调高,再调高,调得更高。7Jwednc

EUV光源7Jwednc

2014 年10 月的一个晚上是个分水岭。那晚我在公司餐厅匆匆用了餐,就进入无尘室和ASML 的伙伴们一起用Cymer 那里先调出来的初步数据做一个崭新的实验。经过参数的微调,输出功率持续上升。九点过后,我们第二台3300 上的EUV 光源第一次输出了90瓦的稳定功率。这是全世界的第一次!能达到90 瓦,250 瓦就希望很大,因为只差不到三倍,而我们已经从10 瓦走到了90 瓦,那是九倍。我立即意识到,EUV 光刻技术的量产应该会成功。顿时一股暖流涌上心头,我一生都会记得那一个晚上。7Jwednc

接下来的任务更加艰巨:为了证明光源的输出功率不只是最佳的的实验数据,我被长官要求证明这部光刻机台能连续一个月平均每天曝光五百片芯片。我去和ASML 商量。我们决定:加快步伐把锡滴管和椭球反光镜的更换频率降低,因为它们的更换在那个时候需要几十个小时。期间光刻机台不能曝光。其中最重要的改进是把锡滴的体积减半,来减少锡滴管的消耗及椭球反光镜的污染,从而降低它们的更换频率,但不能让每次激光轰击产生的EUV 能量降低。7Jwednc

台积电和ASML 成立了One Team,日夜不停地改进光源的各项参数。这项任务在2015 年上半年完成了。在那之后,One Team 在各个方面都取得了进步,包括一次又一次地改进各项参数来延长反光镜的寿命。在这里我要感谢我以前的EUV 研发团队及和我们紧密合作的ASML 的伙伴──我现在的同事们。7Jwednc

打造一个全新的生态系统7Jwednc

以上的工作是艰难的,但是还是不足的。EUV 光刻量产技术是到目前为止半导体工业最大的开发计划,它的成功需要整个半导体业界的力量。为了说服ASML 开发,从2013 年起的五年内,台积电、三星、英特尔加在一起付给了ASML 超过十亿欧元研发费用来共襄盛举。为了达成此任务,ASML 援助它的供应商:2012 年,它花了二十五亿美元收购了美国Cymer 公司;2016 年,它花了十亿欧元入股德国ZEISS 公司,并在之后的六年内提供ZEISS 七点六亿欧元研发费用。这些举动都是为了确保EUV 光刻技术的成功。7Jwednc

要成功将EUV 技术导入芯片的量产阶段,除了光刻机台外,还需要开发一个EUV 光刻技术专门的生态系统。这个系统包括光阻与光罩。其实光罩本身就是一个子系统,它在台积电的开发也是由我负责。7Jwednc

当初,虽然193 纳米光阻那时已是成熟的技术,也是日本供应商的天下,但是由于已看到EUV 要走到量产不是一、两年的事,一般光阻供应商都不愿意在EUV光阻上投入太多资源。唯有JSR 有战略眼光。在小柴社长的支持下,我们和JSR 进行了长期的不间断的合作,确保了我们的EUV 光刻机台有光阻可用,以及EUV 光阻本身的开发。7Jwednc

光罩技术的开发更加困难。唯二的光罩基材(maskblank)供应商也是日本公司。这里要提一下Hoya 公司。我们努力地合作,但它做的EUV 光罩基材一开始充满了缺陷。而且它自己没法全然知道,因为它自己的检测设备解析度没有我们的高。所以他们的工程师要靠我们的反馈来改进他们的制程。Hoya 的光罩基材事业部部长堀川先生提出请求,让我们每个月能有固定的采购来维持它小小的EUV光罩基材生产线。为了量产,不能只用实验室里做出来的东西; 有了生产线,制程才能改进。7Jwednc

我们答应了他的请求。为了提高光罩基材缺陷的检测解析度,我们和KLA 的工程师合作,把一台光罩检测机改良为光罩基材缺陷专用的检测机。然后我们可以一次次地反馈给Hoya 的工程师们,而他们就按照我们的反馈调参数,又一次次地把新的光罩基材送过来。到了2016年,光罩基材的缺陷已经降到十到二十颗左右。7Jwednc

我们也和本地供应商合作,例如和家登精密合作开发EUV 用的双层光罩盒。与此同时,台积电2011 年加入的国际半导体联盟SEMATECH 及日本半导体联盟EIDEC,也来共襄盛举。这两个组织都百分之百致力于EUV 生态系统的开发。ZEISS 的EUV AIMS 光罩影像机及Lasertec 的EUV 光罩基材检测机器就是在这些联盟的资助下完成开发的。7Jwednc

总之,EUV 量产的开发是光刻机台加上生态系统再加上制程的开发,缺一不可。在这里应该感谢以前台积电EUV 团队里的每一位成员的辛勤付出,ASML 同事们顽强的拼搏,其他半导体公司的相关研发人员的不懈努力,以及所有开发EUV 相关技术的供应商及研究单位。EUV 量产的成功归功于我们的共同努力,唯有如此,这个技术才有成功的今天。7Jwednc

2015 年春SPIE 国际光电工程学会年会上有人问我:「你们的B 计划是什么?」我回答:「我们没有 B 计划」,因为那时我已坚信我们的A 计划会成功。7Jwednc

EUV 挽救了摩尔定律7Jwednc

二十多年的前期研发不算,仅量产用的EUV 光刻技术的开发就走了足足十二年。ASML 更是直接投入了大量人力物力,这还不算ASML 在光刻机台方面多年的技术积累和产业界的全力合作。所以大事业的成功是成年累月不懈的努力。是不可能一步登天,一蹴而就的。7Jwednc

EUV 光刻技术最终是成功了。摩尔定律的生命被延续了。不然,集成电路的进步会在2018 年量产的7 纳米那代就嘎然而止了。而现在呢,EUV 光刻技术已经应用于7 及5 纳米世代的量产。2020 年十月,台积电魏哲家执行长宣布:3 纳米世代将于2022 年下半年投入量产。正如193 纳米浸润式光刻技术让摩尔定律延续了十年(五个世代的集成电路),EUV 光刻技术也将会让摩尔定律至少延续再一个十年。届时,集成电路制造已经走到了埃米世代了。7Jwednc

以上为原文7Jwednc

作者转载严博士这篇文章主要是想让大家明白,光刻机并不是在科研单位或者设备厂家就能研发出来的。他是必须要在fab里面设备商与fab工程师一起研发、试验并改良才能成功的。7Jwednc

咱们国产光刻机的三大件,华卓的twinscan、国望的镜头、科益的光源做出来也只是万里长征的第一步而已,做出来之后还得在smee整合,整合好了的试验机再到客户那与客户一起研发,这一步才是真正到关键,并不是这些零部件都做出来之后就能用,更不是SMEE把样机整合好了就完事,宣布设备验收就可以用了,设备验收也仅仅是开头而已。7Jwednc

试验机到fab与客户一起研发才是真正的重头戏,真正去fab跑片,从中发现每一个零部件的问题再由设备商一而再再而三改良,最基本的就是一定去跑片,片子跑出来,利用fab的先进量测仪器,去找出片子的问题,进而在反馈改良各零部件性能,这里面检测量测设备以及配套材料的各种分析仪器都至关重要,没有这些眼睛,我们根本都不知道问题出在哪,不知道问题出在哪,何来改善?但可惜的是这些检测量测以及分析仪器没有任何一台是国产的。7Jwednc

再來就是配套的光罩、光刻胶,inline涂胶设备、大量软件都是得同步全新开发的,而这涉及的每一个领域几乎都是全世界只有一家能做的水平,hoya的euv光罩基材,家登的光罩盒,jsr的euv光刻胶,tel的euv inline显影涂布,都是全球只有一家能做的出来的垄断性产品,所以作者希望大家明白,並不可能设备商或者科研单位自己就能研发完成光刻机,这是一个庞大的生态系统,咱们光刻机要突破不单单只是一台光刻机,是整个上下游的光刻机生态系统。这里面缺一不可。7Jwednc

从严博士的述说中我们了解到,2006年asml出第一批两台EUV样机,2010年出了第一代EUV光刻机NXT3100,到2013年出第二代机型3300,但是从样机到第二代都是无法量产,全部是研发用机台,从2013到2015年NXT3300在严博士日复一日,一次又一次地改进各项参数才完成EUV最后一哩路延长反光镜寿命,让光刻机能上产线成为可能。7Jwednc

在光刻机解决光源问题之后,各种配套也在所有顶尖供应商的齐心协力一一解决,最终于2018年全世界第一次使用EUV光刻机生产7nm芯片,从样机出来的2006年,到两代研发机型的不断改进更迭,历经整整12年,EUV光刻机才正式可以量产。7Jwednc

这不禁让我们也想问问,国产光刻机现在到哪一步了?这可不是你今天宣布样机或研发机交货了就了事,即便现在smee光刻机验收了,要到量产水平那也得是好几年的时间,大家必须要明白这个行业常识,不要许多网上地摊文给误导了。7Jwednc

在EUV之前的浸没式光刻机,同样是台积电林本坚博士的技术与ASML共同开发,并在台积电内部有共同研发中心,最终才完成的,ArFi浸没式光刻机,台积电与ASML的故事关心半导体行业的基本都清楚,这里面除了技术,还有精彩的商业战略,经此一役,日本就此走下了光刻机神坛。7Jwednc

这也是为什么当初台积电负责EUV的研发处长严涛南现在成为了ASML全球副总裁的原因,EUV光刻机在客户fab的研发阶段才是真正的核心,设备商根本没有芯片量测仪器,他们如何改进,如何知道芯片效果如何?7Jwednc

未来越先进的工艺设备,fab的主导作用将会更强,而不是全靠设备商,台积电有大量这方面的人才,但反观国内的smic除了生产与芯片研发人员,这方面是相当欠缺的,为什么作者会提smic,因为未来中国的euv走的路跟台积电asml一样,有前人开路,有作业可抄,希望smic早日做好准备。7Jwednc

作者花费大篇幅来介绍,希望让大家了解,即便SMEE今天宣布国产光刻机完成,那也还得进fab在研发几年改良才能真正出片,如果不明白的可以再看一遍上面严博士的文章。7Jwednc

另外值得一提的是2022年9月美商务部宣布任命 24 名成员加入工业咨询委员会,该委员会将就与美国半导体研发相关的一系列问题向商务部长提供指导,以支持美国芯片产业。7Jwednc

这个影响美国芯片产业政策的委员会名单中,Anthony Yen严涛南博士赫然在列,主导了EUV的研制成功,让他成为世界EUV的最顶尖专家,被美商务部延揽入谘询委员会,而这个委员会主席Mike Splinter为現任台积电董事会的独立董事,斯坦福大学 的HS Philip Wong黄汉森是前台积电研发副总,加州大学伯克利工学院院长金智洁是台湾移民二代,与台积电合作研究新的半导体材料,已经联合发布多篇期刊。普渡大学的Reinhardt Schuhmann, Jr. 教授现在正与台积电合作研发2nm以下埃米级某种新工艺。应用材料与TEL這两家榜上有名的公司的最大客户正是台积电。7Jwednc

以上就是掌控美商务部芯片法案制订的这24名委员会名单中的泛台积电帮,足足有8位,台积电在美国芯片法案制定的影响力从这份名单可一窥究竟。7Jwednc

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说了那么多EUV光刻机多么牛比,asml跟台积电多么厉害,可能很多人不屑一顾,再好也跟咱们中国没关系,说断供就断供。7Jwednc

下面咱们来说说正事,国内半导体产业的大事,国产光刻机到底真实现况为何?7Jwednc

2022年是中国半导体行业最受打击的一年,10月7号,美国商务部bis出台新规定,限制对我国半导体设备的输出,发展势头良好的中国芯片行业瞬间遭受打击,12月份美荷商务谈判,荷兰跟进美国对华芯片设备的限制,日本在随后几天也口头与美国同步,美日荷三大芯片设备国家对华形成全面围堵。7Jwednc

12月15日,长江存储,兆芯等中国存储芯片企业,ICRD,鹏芯微,两家华为隐藏的芯片马甲公司,上海微国内唯一光刻机生产单位,全部被纳入实体清单制裁,加上10/7号的那一波,国内超算,AI相关企业无一幸免。7Jwednc

2022年是美国正式对中国半导体行业宣战的一年,与之前的针对华为,中芯国际的小打小闹不同,这次美国针对到是整个中国科技与芯片产业,除了拉上荷兰日本,还与台韩日欲组成全球chip4联盟,中美的芯片大战,正式开锣。7Jwednc

两军对垒国产光刻机能否成为中国芯片的救赎?

半导体行业最难跨越的喜马拉雅山“光刻机”,目前国内只有一家单位在攻克光刻机那就是上海微smee,与其他设备或多或少有样机在demo的情况不太一样,光刻机至今为止都没有样机,包含能做到65nm的ArF dry 与能做28、14、10nm的ArFi 光刻机全部没有,甚至在上一代的248nm的krf光刻机也难寻踪影。7Jwednc

其实准确的说样机是有的,神神叨叨在哪试验,其实三大件全部不行,只是拼凑交差,放在那当吉祥物,如此而已,他们说这是样机有的甚至验收了,但事实上这连样机都不是。7Jwednc

作者相信smee在不远的将来就会出ArFi的样机,但大家别高兴太早,因为事实或许跟你想的有天壤之别。7Jwednc

对于国产光刻机,作者看了许多回答尽是故弄玄虚,什么利益相关,上下游相关的,也有科研系统的,各种云里雾里,我先说一下,我们的光刻机不需要任何保密,请问一下落后技术数代的技术要保什么密?如果米国知道我们193nmArF光刻机搞出来了,他们会出什么幺蛾子吗?7Jwednc

我很正式的告诉各位,米国知道了也不会有任何反应,他们还是一如既往的封杀,我们做出来貨做不出来,对米国来说不影响他们的步调,而且咱们真做出来了,需要去fab试生产,需要在fab跟所有米国设备一起生产芯片,这一切都逃不过米国。7Jwednc

光刻机不是核弹,只是有或者无的区别。光刻机做出来得先从试验机经过一代一代的改良变成量产机,这些步骤不可能秘密进行,因为都是需要与产线相结合的试生产,才能调适与改进,没有可能忽然宣布我们有一台量产没毛病的光刻机,这是不可能的事,最多就是宣布我们的试验机已经做出来或者通过验收。但大家得明白宣布样机成功与量产还有好几年的路要走。不是宣布了就有设备能用在产线上。7Jwednc

所以只要在行业内,这些讯息都是对米国单向透明的,在网上谈保密简直就是天大的玩笑,咱们也得明白,我们国产光刻机里面的零配件大部分都得进口。重申一下,绝大部份零配件都是进口,这些零配件同样以美日为主。7Jwednc

国产光刻机,落后数代的技术没有保密的需要,米国想要知道会比咱们网上讨论的更精细一百倍,所以更没有保密的必要。7Jwednc

在10/7新规之后的此时此刻,smic、ymtc、北方华创,中微正开放自己的工厂以及数据,让美bis检查有没有违规,smee也一样,用以自证清白,希望能从 uvl 、实体清单中剔除自己或者避免自己变成实体清单,基本上都是查个底朝天,而网民们竟然在网路上谈保密?在这种说法在业内眼中,简直不可思议,难道我们的舆论对这些行业常识,或者针对美商务的基本认知是零吗?7Jwednc

我希望此回答能端正视听,那些玄乎的云里雾里到,添油加醋的,盲目乐观的,从其他上下游相关自己臆测的,能尽量减少,我们需要正确的专业与正常的舆论。7Jwednc

更新:12/15 smee已被bis纳入实体清单,其他一起接受调查的中微,北方华创,拓荆则通过bis调查。仅smee一家国产设备商被纳入,一起被纳入的还有菊厂的两大马甲,icrd与鹏芯微,以及供货菊厂nand芯片长江存储。7Jwednc

几年前smee那台号称90nm的ssx600通过验收合格,然后这一大帮人欢欣鼓舞媒体大书特书,紧接着这群人立马订定下一个更先进的目标,直接攻关193nmArF准分子激光浸润式光刻机,02专项继续风风火火大跃进攻关,形势一片大好。7Jwednc

然而事实是那台ssx600把所有utility接上,除了认证那会开机跑了起来,至始至终躺在那,怎认证通过到咱们就不说了,你没跑产线,没有量测,没有上下道的工艺配合,最后芯片合格率、良率到底行不行,全部都没有,这样就验收了?敢情你们是能开机就可以验收是吗?7Jwednc

当初在国科验收的NA0.75级镜头,某科院自己订一些指标,造本宣科走个流程就验收了,长光所上光所的院士们,难道你们擅长的就是立项与验收?你们会关心这玩意能在量产线上使用不?你知道这玩意能达到量产化指标吗?还是你们没有这能力?你们只会搞实验装置?又或者你们想说时间不够,先达成初步指标后面在慢慢优化?然而你们有去优化吗?7Jwednc

这通过验收的所谓光刻机根本无法在量产线上跑,也从来没有跑过!而你们现在正大跃进式的想功克下兩代193nm ArFi 也就是媒体所谓的28nm光刻机,这不是天大的笑话吗?90nm都没正儿八经的跑过产线,90nm你都做不明白,竟然妄想去搞28nm?其实别说90nm,我们现在连更上一代130~180nm的248KrF都没跑过,更遑论90nm。7Jwednc

从来没试过产线是我对这些,锣鼓喧天通过验收的项目以及相关国家院士们的灵魂拷问,你们到底在搞毛线!7Jwednc

全球任何一家的前端半导体设备都是经过无数顶尖工程师,长时间不断的累积经验,不断的改善问题,不断的优化才达到今天的地步,你们这样就验收,完全不需要积累生产经验,然后攻关下一个技术?你们以为这跟你们以前搞的实验装备是一回事是吗?7Jwednc

即便世界最牛的asml数千台设备在全世界各fab跑了好几年,他们至今还是有大量工程师在不断优化这些前几代的光刻机,这些设备通过与无数客户工程师,出现问题解决问题,每年软件的代码都不断的大量增加。7Jwednc

再说一遍,设备真正在生产线跑,是全世界无数顶尖工程师,数十年不断优化来的,而我们一台设备验收了,就再也没人管!!7Jwednc

有人总是说业内太悲观,敢情完全违背科学常识的才叫不悲观?验收以后就扔在一旁,不进行优化不进行经验累积,这是属于悲观跟乐观的问题吗?这只是常识问题好吗!咱们再努力再厉害也得讲最基本的科学常识不是吗?并不是无脑吹捧才叫正常才叫不悲观。7Jwednc

至于193nmArF准分子激光浸润式光刻机,也就是smee宣称能用在28nm的SSX800,也别说2022年底能不能出样机,现在也都12月了,我就问问,华卓的twinscan emc兼容解决了吗?国望的NA1.35镜头八字有一撇没?生产的洁净车间现在都还没盖好呢!科益的40w 4kHz ArF的光源intensity解决没?啥时候能达到60w 6kHz能用的标准?7Jwednc

这些问题有没有长光所或上述单位的人来说说。别在以什么企业秘密来说搪塞,这些完全是国际落后技术,更不涉及米BIS的限制(差好几代),跟秘密能扯上边吗?以前都是还不能量产就先放消息各种突破,锣鼓喧天,怎现在反倒变成公司秘密不能说了?难道美bis没有去你们公司调查吗?你们没有拿出一切证据来证明自己没违规吗?既然你们都敞开了让美国商务部调查,怎转过身来跟民众说这是秘密呢?所谓企业秘密难道只是你们的遮羞布?7Jwednc

smee的光刻机目前是所有国产设备最拉胯的,与其他设备或多或少都积极的demo不同,smee现在连拼凑无法用的样机都难产,我相信smee还快会推出样机来交差,并且锣鼓喧天国产光刻机终于出来了,我想应该明年怎样也得出来宣传一波,但这根本毫无意义,fab连demo都没办法的,一切都还是在他们小圈子里自嗨,重复之前那些套路而已。7Jwednc

除了光刻机,其他关键设备的国产化如何?

etch蚀刻设备、沉积与光刻并列门槛最高、金额最高、难度最大的的三个种类,一般来说蚀刻设备都是fab投资最大的,工艺在5nm以下的fab,因为都是使用euv,光刻才超越了蚀刻。7Jwednc

而且蚀刻在memory占有越来越重要的角色,尤其是在nand,越高层数就需要宽深比越高的蚀刻技术,这完全得仰赖设备厂家。目前做到最好的是lam能在100:1以上,amat也有同性能产品,国内的中微号称今年能有60::1的高宽深比的设备,但这设备我可以肯定出来是能出来,但刻起来也就是狼牙棒的效果。7Jwednc

7Jwednc

某厂etch设备 list

从上图我们可以看出,dry etch 分为icp、ccp,这两小类,每类又分了十多种设备,咱们可以从图中看到中微在某fab的ccp拿下了1/3,但在icp则全军覆没。7Jwednc

ccp只是刻掩膜跟介質,与icp那些刻在poly上的完全是两码事,也就是说即便中微什么成功打入台积电7nm的fab也只是做最简单的那一部分。7Jwednc

而我们从图中可以看出,dry etch门槛最高的各种icp,中微一台也没有,几乎被lam给垄断,amat跟tel这世界etch的老二跟老三也只有稀稀拉拉几台,而中微连他的强项ccp也只是占1/3,而且还都是ccp里面最容易的那部分。7Jwednc

我想我的文字解释结合图的清单,大家应该能明白一二了吧。7Jwednc

我想全网都没有像我这样比较的信息,都是中微已成功打入台积电5nm云云。而这些讯息却是断章取义与实际大相径庭,lam的icp难度并不低,lam在icp的垄断地位,连发展了几十年的行业老大amat与老二tel也无法在icp上与lam争锋,現在的中微真的就别提了。7Jwednc

越先进的制程,etch的制程步骤越多,而且呈等比级数上升,28nm刻40次,14nm刻60多次,7nm得到140次,5nm已经到惊人的200次以上,大家能想像在几nm线宽的制程,重复一两百次的刻,能达到每一次准确无误的精度,这是难以想像的。7Jwednc

至于这到底有多难,非业内甚至许多业内人士都不知道,我如何形容一样会有人说只要拿出当初两弹一星的气魄跟做法就能突破,所以多难我也懒得形容。7Jwednc

不论多难作者认为最终是会突破,时间的问题而已,目前中微跟北方华创已经有达到28与16nm性能的icp/ccp样机在产线送样,但key layer 刻出来的效果感人,都还是不能用的东西,良率要达到量产水平,还得在两三代的优化改良,要知道一开始刻出来的肯定参差不齐,良率达不到你有设备也等于没有。7Jwednc

以此推算能打通drt etch全部环节,能「稳定」生产出合格良率的14nm芯片,最快是3年。7Jwednc

我们得明白设备从无到有只是第一步,即便此时此刻中微宣布其icp通过客户的认证,但这只是解决了无到有,后续还得从有到稳,再从稳到能与国外设备媲美的好,作者认为勉强稳定能用也就是达到产线拉通至少30%的良率标准,那最快也得3年,这是跑不掉的。7Jwednc

也就是说3年后我们才能拥有28/14nm全打通的国产蚀刻设备,与网路上铺天盖地的蚀刻我们已能做到5nm的刻蚀设备国产是不是有如云泥之别,但事实就是如此。真实的情况跟大家想的或者主管行业那帮人说的根本就不一样。7Jwednc

而作者很负责任的告诉各位,上面说的etch设备还是关键设备中最容易,也是我们国产化进展比较好的关键设备。7Jwednc

除了memory需要高深宽比的目前国产还构不上边,镀膜也还不行,其他的etch设备基本上都能三年内应该能达到拉通的水平。7Jwednc

2. deposition

单以cvd来说,华创的pecvd是国产主力,28nm的样机大致可以,但lpcvd和sacvd 这两种百分百还是得amat,这是amat的独门绝技,永远也无法绕开,在lpcvd跟sacvd方面,华创的样机可以肯定五年以内都很难达到28nm水平。7Jwednc

另外一家拓荆也一样是以pecvd为主。7Jwednc

3. 检测量测

ocd量测技术、模块量测目前国产无法达到28nm,部分key layer 连65nm都达不到,这两种量测设备百分百都必须kla,再加上高功率电子束也是由kla垄断,国产无法取代。7Jwednc

目前只有上海精测一家勉强能行,睿砺差一点但各有侧重,但无一例外key layer 连65nm都不行。7Jwednc

介质膜厚、金属膜厚、金属膜厚量测、AOI这些检测量测设备,目前国产取代状况都还可以,明场也已经开始在送样。7Jwednc

4. 涂胶显影

与光刻机联动作业的inline显影设备目前也百分百是日本tel的天下,国产目前无法取代,只有在不与光刻机联动的offline国产的芯源微才有部分设备,能做的工艺跟光刻机一样,目前国产的offline显影可以与asml 的arfi同步,也就是45到14没太大问题,但最重要的inline百分百不行,只能tel,inline的track是当初tel与asml在台积电南科工厂一起耗费大量时间研发的,必须要有光刻机更需要fab客户愿意花大量时间跟你一起研究。7Jwednc

目前芯源微只能在offline的PI 涂胶显影机有所建树。7Jwednc

以上就是除了光刻机,目前国产设备遇到的难题,lam的icp。amat的lpcvd、sacvd。kla的量测与电子束。tel的inline的涂布显影设备,全部都是迈不过去的大坎。7Jwednc

五年内以上设备想要全部拉通28nm基本是命悬一线,有可能但难度不是一般的大。7Jwednc

这里面还有一个最大的问题是,良率达不到那个厂家让你一直试,而没有一直试也没办法改进,即便郭嘉也没办法解决这事,这是一个死胡同。咱们没有国外厂家那般几十年的技术积累就是得一直試,没有一直跑片一直发现问题优化改良,怎可能突破,设备得真正在产线上“稳定”的跑,良率合格才叫能用的设备,不然没生产几批就出问题,参数跑了,同样的recipen出来的结果不一样,问题找不到,这样的芯片设备与一堆废铁並沒有多大區別。7Jwednc

作者以一切都是最顺利来评估,5年是最快的时间,加上我们的刚才说的icp、cvd、量测、电子束,inline最快五年打通28nm全国产,但这还没有包含光刻机,全国产还得算上光刻机,也就是说以目前倾全国之力,一切顺利的情况下,我们将在7年后也就是2030年“有机会”用全国产设备生产28nm的芯片。7Jwednc

这几年我们可以利用美国并没有完全限死,用非A设备来过渡以生产芯片,目前国内fab手上的A与非A设备可以很容易生产14nm甚至10nm、7nm,但这里咱们谈的是全国产,如果真要全国产,在经过多年倾全国一切資源的不懈努力之下,在2030年我们将不进反退,直接退到28nm。7Jwednc

试问2030年全世界至少都用上了台积电的14A,我们还在生产28nm!我们举全国之力耗费一切资源所完成的壮举,到那时候还有多大作用?而完成这一切并非终点,后面紧接着还有EUV这一座喜马拉雅山还得攻克。7Jwednc

当然以上时间都是作者的大概推估,或许会比作者预估的快两年或者慢两年,但一切脱离不了基本科学或违背常识,短时间是不可能,即便这几年我們还是会听到各种这突破那突破的,但也都只能是宣传套路,当然作者也希望真正突破的那一天,如果有新的消息,我也会第一时间更新,让大家明白真实现况。7Jwednc

2030年量子计算或许都可能准备最初步的商用了,或许量子并非取代传统计算,但最后的演变肯定会有大量的替代应用。而2030年我们才刚刚生产有能力落后的硅基芯片,大费周章终于能生产,马上又出现全新的应用技术?又或者现在我们把时间与数万亿的资金放在很快淘汰的硅基芯片上而不是放在很快就能商用的量子计算上,这正确吗?7Jwednc

这一切应该要有个周详且考虑实际的实用的计划,目前都是相关利益方(业内、官员、媒体)的各种互相吹捧,互相打掩护,谋划各种大饼,老百姓听到这些雄图大业集体高潮,认为不论花多少钱都值得,紫光与大基金殷鉴不远,如果大家不觉醒,紫光这些破事只会不断的重复又重复。7Jwednc

7Jwednc

ibm量子运算原型机

我说这么多,全部是不涉及行业秘密的公开消息,只是行业内的基本常识而已,作者认为现在如此危机之时,中国半导体行业不能再这样下去,首先必须要把问题全部掀开来,尽管满目疮痍,疮疤都没怕疼而没勇气去揭,那如何治疗?7Jwednc

从14年大基金成立以来,我们一直高喊的国产,取代外企,解决卡脖子问题,快十年了,真正解决的卡脖子问题有几个?行业里整天好消息满天飞,飞了快十年了,市场一片期待,所有人信心满满,连小将们都高喊你米国越制裁越好,我们只会更快造出来,我们不需要任何协助,自己的全国产设备很快就能横空出世。7Jwednc

而今这些设备在哪呢?真实的情况是,此时此刻,我们芯片生产线的国产化率只有可怜的40%左右,而且都还是最容易的部分,在2022年底的今时今日。

想在五六年完全补齐剩下最难的60%,从任何角度来看都是不切实际,违反科学及常识的。7Jwednc

这还是这两年的成绩,大基金风风火火搞了快十年,之前的绝大部分时间几乎都是浪费的。7Jwednc

现在我们的芯片产业已经退无可退,当务之急,就是在量产的fab里,所有设备back to back的调适,真正调适出一条完整实实在在的《量产线》,不是以前那种实验线,更不是一堆设备商各自为政,上下道工艺根本接不上,各说各话的吹牛皮。7Jwednc

这次咱们真的是被米国逼到墙角,一点余地都不留,那咱们也不用在客气,由ymtc來打先锋,ymtc二厂既然美国设备全断供。预付款也退了,现在就把二厂拿来试验国产设备,由郭嘉出面兜底,全力攻关国产设备,把调适出一条全国产设备的真正量产线为第一要务。(这事目前已在进行,但国产设备还是有大量不足,无法补充。)7Jwednc

所有国产设备商全部派驻工程师到ymtc的fab,把能做的不能做的老老实实说出来,真刀真枪全部在一个fab里搞,谁吹牛皮谁拖后腿,不能再给忽悠的空间。我一直认为国产设备的最大问题还是厂家的报喜不报忧,为了补贴搞形式玩文字游戏。如果任由他们这样搞下去,一百年也搞不出啥来。7Jwednc

这一次ymtc的新厂是一个天赐良机,首先缺位的美国设备全部由国产来替补,再来就是真刀真枪的检验这几年来,到底谁在骗补到底谁有突破,这一次将一目了然。想混水摸鱼的一个也跑不掉,老鼠屎得先清干净。因为想成功,一个都不能少一个都不能拉垮,能再量产线上试国产设备,才是真正的重点,郭嘉对此得进行不计代价的支持,让他们可以一直去生产坏片、一直试错、一直改良。7Jwednc

smee光刻机这样的事情绝不允许再发生,现在已是危及存亡之刻,必须所有设备商全部集中到一个fab,所有工序一道接一道来跑,直到芯片出来,28nm沒能力,咱们就搞90nm,在不行也没事0.13或者0.18μm都没问题,就是搞一条实实在在的全国产芯片生产线,哪里有问题就攻克哪里,找出所有大大小小的问题,一步一步来,这是需要时间需要经验的,不可能一步登天,如果这都能行,那真是当全世界半导体行业的顶级人才都是傻子还是咱们的工程师个个具备刚出生就能飞的能力。7Jwednc

每每想到几年前这些设备商的所作所为,作者总是不能自己,忿忿不平,虽然这两年有较大的进步,但也是从2020年华为的逼不得已才开始有大的进步,但郭嘉跟地方gov花了两万亿以上,还没算上设备商接受的政策性贷款以及ipo或者a股增资圈的钱,如此大的代价,近十年的时间,这点成绩根本微不足道,大部分的钱被挥霍了。7Jwednc

作者非常支持现阶段得通过大力补贴才可能有所突破,但作者從台湾工研院的科研产学模式,与日韩当初的半导体行业补贴,都是gov用小钱来撬动整个行业,不论投入还是监督机制,都很合理,资金也非常高效的被利用,就连目前美国出台史无前例最大手笔的520亿美金芯片扶持计划,这笔世界历史上最大手笔在我们的芯片补贴面前根本是小巫见大巫,即便现在还属于一事无成,我们已经花了两万亿以上的民脂民膏,未来还得花更多,补贴是必须的,但无尽的浪费是不应该的。7Jwednc

咱们的资金效率太低太低,别人都是几百亿就搞的飞起,我们几万亿却跟打水漂没区别,钱到底跑哪去了,这才是重点。7Jwednc

大鸡金这次抓了多少人,全部子孫公司以及项目负责人无一幸免全抓了,但有用吗?土壤没变,一切都将是空中楼阁,这些问题我没法说的更多,之前一篇紫光以及大鸡金全方位的揭底文章,被山的无影无踪,太多话没法说。7Jwednc

眼看着现在这种局面,并不是我想数落,更不是看行业笑话。现在应该如何处理,未来如何发展这段时间我也写了超过五万字的建言,也得到了无数业内的认可与打气,我自然愿意发挥自己的余热,但每每想到行业做的一切,以及现在无知且跑偏的主流舆论,心理真的是憋屈特别憋屈。7Jwednc

舆论应该是发挥尖督作用,吹捧只会宠坏了行业内的企业,让这些不良厂家更加猖獗,劣币驱逐良币。大基金、紫光的事历历在目,为啥打着爱锅旗号就能赚大钱?因为大家支持,没人觉得不妥,更没人监督这些不肖企业。7Jwednc

对于目前到中国半导体行业,作者以为,之前的积极进取有作用,但韬光养晦亦有大用,任何事并不是只有进攻,啥时候进攻啥时候防守,攻防有序才是正道。ㄧ昧进攻而不得,最后将耗尽体力,功败垂成,此时此刻大家真心不要着急,不要再给不良商人钻空子,沈下心来好好想想。7Jwednc

国运之争亦如人生亦似茶,沈时坦然,浮时淡然,静心以对,沉淀方澈!

未來,誰主沉浮猶未可知?

阅读原文,关注作者知乎!7Jwednc

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