发布于：2017/11/14 11:05:58 | 480 次阅读
国际半导体制造龙头三星、台积电先后宣布将于2018年量产7纳米晶圆制造工艺。这一消息使得业界对半导体制造的关键设备之一极紫外光刻机(EUV)的关注度大幅提升。此后又有媒体宣称，国外政府将对中国购买EUV实施限制，更是吸引了大量公众的目光。一时之间，仿佛EUV成为了衡量中国半导体设备产业发展水平的标杆，没有EUV就无法实现半导体强国之梦。以目前中国半导体制造业的发展水平，购买或者开发EUV光刻机是否必要?中国应如何切实推进半导体设备产业的发展?
EUV面向7nm和5nm节点
所谓极紫外光刻，是一种应用于现代集成电路制造的光刻技术，它采用波长为10～14纳米的极紫外光作为光源，可使曝光波长降到13.5nm，这不仅使光刻技术得以扩展到32nm工艺以下，更主要的是，它使纳米级时代的半导体制造流程更加简化，生产周期得以缩短。
赛迪智库半导体研究所副所长林雨就此向记者解释：“光刻是芯片制造技术的主要环节之一。目前主流的芯片制造是基于193nm光刻机进行的。然而193nm浸没光刻技术很难支撑40nm以下的工艺生产，因此到了22/20nm及以下工艺节点，芯片厂商不得不将193nm液浸技术和各种多重成像技术结合起来使用，以便突破工艺极限。但是采用多重成像的手段就需要进行多次光刻、蚀刻、淀积等流程，无形中提升了制造成本，拉长了工艺周期。”
因此，EUV技术实质上是通过提升技术成本来平衡工序成本和周期成本。例如，按照格罗方德的测算，启用EUV技术，在7nm和5nm节点，都仅需要1个光罩即可生产。这样理论上来说，就可以起到简化工艺流程，减少生产周期的作用。
对此，芯谋研究总监王笑龙便指出：“EUV技术的研发主要是针对传统工艺中多次曝光等繁琐问题。在过去的技术中，曝光过程可能重复2～3次，但是EUV技术可以完成，既减少了工序，又节约了时间。在简化工艺流程、缩短生产周期的同时，EUV也增加了产能，提升了效率。”
中国购买为时尚早
针对EUV，在国内流传着一种声音：受西方《瓦森纳协议》的限制，中国只能买到ASML的中低端产品，出价再高，也无法购得ASML的高端设备。日前，ASML中国区总裁金泳璇在接受《中国电子报》记者采访时否认了这一说法。据金泳璇透漏：“国内某知名半导体晶圆厂现已与ASML展开7nm工艺制程EUV订单的商谈工作，台EUV设备落户于中国指日可待。”
这就是说，EUV要进口到中国并没有受到限制。但是，EUV技术进入中国的问题可能并非受限与否，而是有没有必要现在购买?由于EUV开发的技术难度极高，特别是EUV光源的功率不足，导致曝光时间过长，使得EUV一直很难得到实用，目前国际上EUV技术较为成熟的企业只有ASML一家，其销售的EUV价格极为高昂，一台售价超过1亿欧元。而目前EUV的主要应用范围是7nm以下工艺节点，尤其5nm工艺节点的晶圆制造。
“对于国内制造企业而言，芯片制造的工艺水平还达不到EUV所擅长的范围，目前我们28纳米量产，14纳米还在布局。对于EUV而言，如果采用该技术进行14nm芯片量产，成本太高了。”林雨指出。
王笑龙也认为EUV技术对于中国来说仍是一项挑战。王笑龙介绍，EUV主要是从7nm开始，目前国内暂时没有这项技术的应用。国内集成电路较为落后，尚未达到EUV技术的先进水平，国内的一些企业尚未对该项技术产生一定的支撑作用。“EUV进入中国可能是多年以后的事情，目前国内28nm才刚开始，14nm大概要2020年，那么7nm技术，最坏的预测可能是2025年，并且中国技术较为落后，追赶先进技术会产生高额费用，暂时尚无足够资金支撑这项技术。”王笑龙说。
实用化挑战当前依然存在
事实上，不仅中国对EUV的应用时日尚早，国际上对EUV的应用也局限在很小的范围。对于EUV产业化过程中的挑战，林雨表示主要来自于光源和持续生产率。“例如，250W光源是使EUV可用于芯片量产的关键要素。到目前为止，ASML公司已经推出多种采用80W光源的原型，预计将在年底推出其首款125W系统。目前，250W光源主要存在于实验阶段，用于产业化流程中所急需突破的问题是光源的可靠工作效率。据赛迪智库调查了解，Gigaphoton正在帮助ASML生产这种光源。”林雨说。
根据ASML不久前公布的数据，2017年EUV设备全年出货量仅有12台，预计明年出货量将增加至20台，而现在客户未出货订单为27台。日前，ASML公司将EUV光刻机小范围量产，所配用的是业内人士翘首以盼的250W光源，计划于2017年年底完成设备产品化。
除此之外，耗电量和曝光速度也是EUV技术的实践者需要征服的挑战。“光刻胶和光照膜是传统工艺中使用到的材料，现在已经不适应EUV技术的发展。此外，EUV技术还面临耗电量大等问题。EUV目前的曝光速度与人们的期望还有一定差距。假如传统工艺曝光用1小时，整个过程共需4次曝光，一共要4小时，EUV技术只需要曝光，预期耗费1小时便可以完成，但是现实中却需要3小时左右。”王笑龙说。
成本高也是EUV技术的一个难题。“EUV技术研发投入的资金量很大，技术昂贵，设备稀少。如果这些问题得不到改善，那么这项技术将无法得到实用。鉴于以上所述，EUV技术既是挑战，也是机遇。”王笑龙说。
长期战略，中国不应缺位
尽管EUV现在还存在各种障碍，但是其未来应用前景依然各方被看好。从长远角度来看，发展EUV技术是非常必要的。对此，林雨指出：“自上世纪九十年代起，中国便开始关注并发展EUV技术。最初开展的基础性关键技术研究主要分布在EUV光源、EUV多层膜、超光滑抛光技术等方面。2008年‘极大规模集成电路制造装备及成套工艺’国家科技重大专项将EUVL技术列为下一代光刻技术重点攻关。《中国制造2025》也将EUVL列为了集成电路制造领域的发展重点对象，并计划在2030年实现EUV光刻机的国产化。”
“目前来看，EUV这项技术对中国尚无实际意义，但是具有一定的战略意义。中国虽然技术落后，研发EUV技术困难颇多，但是仍要发展完整的工业体系，EUV是整套体系中最困难的一块。放眼于未来，中国的技术还是会到达高水平层次，7nm技术也会得到应用，这一步势必要走，所以现在的准备工作是一定要做的，努力减小未来中国与世界的差距，所以即使如今技术不成熟、制作设备缺少、但是EUV技术还是要加大关注，为未来我国技术做铺垫。”王笑龙说。
虽然国家政策对于先进的EUV技术给予了研究支持，但是中国在光刻行业的技术、人才等积累还很薄弱。追逐国际者，中国必将付出更大的精力和更多的资金。“对于中国来说，这项技术的基础薄弱，制作设备稀缺，光学系统也会是极大的挑战，可以这么比喻，在中国，做EUV要比做航空母舰困难得多。”王笑龙说。
因此，针对于中国EUV技术的发展，王笑龙给出了一些建议。“追求实用技术是企业的本能，追求技术却不符合企业效益。因此对于先进的EUV技术，光靠企业和社会资本是无法支撑起来的，对于企业来说，研发技术缺少资金的支持;对于社会资本来说，缺乏热情的投入，因此，这项技术需要政府的支持，需要国家政策的推进。”王笑龙说。
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