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没有EUV,中国的7nm怎么办?

随着三星10 纳米制程借高通骁龙835 处理器的亮相,以及由台积电10 纳米制程所生产的联发科Helio X30 处理器,在魅族Pro 7 系列手机首发,之后还有海思的麒麟970 及苹果A11 处理器的加持下,手机处理器的10 纳米制程时代可以说是正式展开。而对于下一代的7 纳米制程,当前来看,应该仍是三星与台积电两大龙头的天下。由于在7 纳米制程中,极其依赖的极紫外光( EUV) 设备,中国厂商在短期间内仍无法购买到。这对于正积极建构自身半导体生产能量的中国来说,将可能在7 纳米这个制程节点上被拉远距离。

 

受“瓦圣纳条约“的限止,今天中国即便有钱想买EUV光刻机也不可能,此话是事实,不是危言耸听。但是也不必担心,因为只有工艺制程达到7纳米及以下时才会使用EUV光刻机。

 

事实上,对于7 纳米制程,三星和台积电两大晶圆代工龙头都早已入手布局,以便争夺IC 设计业者们的订单。其中,日前传出三星原定在2018 年破土动工的韩国华城18 号生产线,动工时间已经被提前到了2017 年的11 月,以便在2019 年能够进入7 纳米制程的量产阶段。其中,18 号生产线将会架设10 多台极紫外光(EUV)设备,以强化生产效能。

 

至于,台积电在7 纳米制程的布局,根据台积电高层之前在法说会上的说法,表示目前已经有12 个产品设计定案,这使得第一代7 纳米制程将会在2017 年底或2018 年达成量产。至于,第二代的7 纳米制程则会在2019 年达成量产的目标,制程中也将导入EUV的技术。因此,在不论是三星,或者台积电都将在7 纳米制程上都将引入EUV 技术的情况下,而这种被视为延续摩尔定律的设备,正是被寄望能推动未来制程进步的重要关键。

 

因此,就7 纳米制程这个节点的状况来看,在一定程度上也是被EUV 设备所控制,而EUV设备却是被荷兰半导体设备厂商艾司摩尔(ASML) 所控制的。ASML 是一家从事半导体设备设计、制造及销售的企业,自1984 年从飞利浦独立出来之后,在2016 年先后宣布收购汉微科及蔡司半导体24.9% 股份。而这家垄断了高端光刻机市场的厂商,其股东中就包含英特尔(intel)、台积电和三星。根据ASML 公布的2017 第2 季财报,公司单季的营收净额为21 亿欧元,毛利率为45%。

 

由于,EUV 的研发难度非常大。因此,也造成单价的居高不下,每一台的价格约在高昂1 亿欧元上下。而且,这种价值连城的设备还不是有钱就能买到的。例如受限于《瓦圣纳协定 (The Wassenaar Arrangement on Export Controls for Conventional Arms and Dual-Use Good and Technologies)》,中国的厂商就买不到这种最高阶的光刻机设备。此外,由于ASML 的EUV 年产量也只有12 台,包括三星及台积电几乎已经抢光了2017 到2018 年所有产能的情况下,即便有报导称ASML 正在提升生产效率,希望在2018 年将产能增加到24 台, 2019 年达到40 台,但仍不足以应付市场的需求。使得中国厂商即使有机会购买EUV 设备,短期恐怕也都要落空。

 

从IC研发角度,对于7纳米及以下的工艺制程,由于周期很长,现在启步也很有必要,但是研发与量产是两个不同的阶段,差异很大,也并非一定要用EUV光刻,用电子束光刻也同样可以。电子束光刻的问题不是精度不够,而是速度太慢,每小时才10片硅片左右。

 

但是现阶段中国芯片制造业的龙头企业中芯国际,它的量产制程能力是28纳米,几乎差了三代。因此假设有一天台积电不让海思代工,而海思也找不到其它的候补者,如三星,英特尔,或者格罗方德等,那么情况是严峻的,但也没有什么可怕,事情真逼到这一刻,或许会促进中芯国际等更加倍的努力。

 

按照中国芯片制造业的现状,离7纳米制程量产可能尚有些远。而且EUV光刻的配套设备与材料也十分复杂,包括光源,光刻胶,掩膜(mask),中间掩膜(reticle),及缺陷检查仪等。因此可以说化1亿美元马上去购买1台EUV光刻机,可能并非完全有必要,而且它的耗电量也十分惊人。

 

当前,对于大力投入集成电路发展的中国来说,虽然买不到ASML 的EUV 设备,但是也寻找其他方式希望能有所突破。例如2017 年3 月,上海微电子装备(集团)就与ASML 签署了合作备忘录。6 月时,上海集成电路研究开发中心又宣布与ASML 合作,将共同建立一个培训中心。另外,由中国本地的长春光机所带领的极紫外光刻关键技术研究专案,也在2017 年6 月启动。而这些计划,都是中国希望能在EUV 设备销售限制上能有所突破准备。但是,实际上在未来是不是真的能有所进展,达成最后的目标,就还有待日后的持续观察。

 


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