还是那句话,光刻机救不了中国半导体

2023-08-15
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不仅要氪金,而且要爆肝,然后才能追赶,最后实现超越。

编者按:本文来自微信公众号 星海情报局(ID:junwu2333),作者:星海老局,创业邦经授权转载

还是那句话,光刻机救不了中国半导体。

(注意:28nm光刻机,这个称呼本身并不太准确。因为光刻机大多数都是以光源类型来定义的,ASML最先进的光刻机并不叫3nm光刻机,而是叫EUV光刻机——EUV指的是它采用了波长仅为13.5nm的极紫外光源。不过,为了方便行文讨论,本文姑且就将能用于生产28nm制程芯片的光刻机称作“28nm光刻机”。)

人性的一大特点就是喜欢简单,讨厌麻烦,我们的大脑会自动给很多事情贴标签以加快处理效率——这是千百万年猿人老祖宗们留给我们的“遗产”,因为猿人们在面对猛兽的时候没时间思考,发现一点风吹草动就需要立刻跑路。史前时代那些遇到事儿还仔细研究的猿人们,只怕来不及把自己的DNA延续下去,就已经被剑齿虎给吃了。

但当人类发展到文明时代后,这种“保命机制”却变成了一种尴尬的存在。文明时代的人类不再需要面对猛兽,但却常常需要深度思考。而此时我们的大脑仍然是“偷懒”的老样子,常常用最简单的归因取代本应长篇大论的分析与思考。

最近“国产28nm光刻机”传说有望年底交付云云,又引起了不少人的讨论。大脑“偷懒”后的归因效应再度显现——很多人觉得“国产28nm光刻机”出来了,中国半导体就牛逼了。

其实想想就知道:这种牵动国家前途与命运的命脉行业,这种产业链极度漫长繁杂的高精尖行业,怎么可能会因为这一个东西的成败与否就“冰火两重天”呢?

毛主席当年说“抗日战争急不得”,意思是说由于当时中日实力对比悬殊,我们是没办法对日本侵略者搞“决战决胜”或者“速胜”的,必须一点点耗死对方——这就是所谓的“持久战”。

现在的逻辑也是一样的,半导体行业这么多年,别人的体系和我们的体系相比强大太多,想着靠一两件设备就翻盘,这其实并不现实。

我们距离“28nm光刻机”还有多远?

作为顶级厂商,绝对行业老大,ASML光刻机的供应商有5000多家,遍及全球。因此完全可以说ASML的光刻机是集合了全球智慧所制造出来的产品——你让荷兰人自己独立制造,他们也是造不出来的——ASML的极紫外光源,用的是收购回来的美国Cymer,光学镜片用的是德国蔡司,机电零部件用的是美国Sparton……

别说荷兰了,“美帝”自己也是没办法100%自己生产的。

所以我们的任务真的很艰巨,在面对制裁的情况下,我们很可能要自己把这一系列的东西都给弄出来。

当然,这其实也有好处,因为不管最后国产化率结果如何,发展这些东西总比不发展要好——总还是有中国企业能拿出产品且赚到钱的。

先看一看国内部分做光刻机零部件供应商的水平吧。

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仅以这几家国内企业的水平来看,能加工28nm芯片的国产光刻机距离诞生确实可能还有一些距离。

理由很简单:

先说光源,国内目前的光源还是193nm波长的ArF光源,当年ASML突破28nm制程时候用的也是193nm波长的ArF光源,这个基本上是一致的。

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再说掩膜版,目前国内最先进的掩膜版目前图形尺寸在180nm,正在攻关130nm——这个距离制造28nm芯片的要求还是有些距离。

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再说工件台,ASML当年崛起的一个关键操作就是用水的折射,让193nm的深紫外线波长骤降到了134nm,实现这个操作的部件,就是浸没式的工件台。而国内目前最先进的、量产的工作台还是干式非浸没的,所以显然还不太能实现28nm的技术要求。

由此可见,除非我们掌握了绕过ASML经验的新路线,有了一套全新的生产工艺,否则国产28nm光刻机的到来还是需要时间的。

两年时间,中国半导体装备进步如何?

2021年3月份的时候,我们写过一篇讲中国半导体装备行业的文章——《光刻机救不了中国半导体》。在那篇文章里,局长主要提了两个观点:

第一,不要问芯片怎么样,要问设备怎么样——光刻机只是产线上的一个主要设备,其他设备的国产替代和追赶同样重要。

第二,中国半导体装备企业最缺的是实战机会——我们需要让越来越多的晶圆厂购买国产半导体装备,需要让国产设备有一线生产经验并且跟着一线经验不断迭代。

两年过去了,这两句话其实依然没有过时。

先回顾一下两年前中国半导体装备行业的一个概况,包括光刻机在内,几种主流半导体装备的指标满足情况大致如下:

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两年时间过去后,国内厂商的追赶情况大致如下:

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总体而言,两年时间过去,中国半导体设备指标上的整体进步是非常显著的,除光刻设备外,基本都已经进入“28nm-14nm”——按照半导体行业的发展历程,2010年前后,国际先进水平也就28nm,直到2015年才实现了14nm。

这是个非常振奋人心的消息。

不过,这并不意味着我们现在就能高兴宣布“28nm芯片可以100%国产化了!”。

为什么呢?因为良品率。

提高良品率,国产半导体装备的新任务

在实验室条件下,我们大概率是可以造出100%国产化28nm芯片的,但如果放在现实的生产中,这或许就有点悬了。

可以说,良品率问题是制约国产半导体设备普及推广的最重要因素,很可能没有之一,制约的方面主要有两个:钱和时间。

先说钱的事情:良品率保持在80%以上,生产企业才能实现止损盈利。但现实是:25%国产化的28nm制程生产线上,良品率就已经掉到了75%,而随着国产化率的提高,良品率也在不断下降,50%国产化的情况下,良品率就已经掉到60%了。

而台积电的28nm生产线的良品率,是96%。

这也就意味着,要提高装备的国产化率,就要面临良品率的下跌,晶圆厂就要亏钱。工程师们必须尽快调试优化,然后慢慢提高良品率,同时国家还必须在这段难熬的时间里给予资金支持和补贴,帮着企业续命。

再说时间的事情:设备进场之后也不是当天就能开始干活儿的,需要相当长一段时间的调试工作,且这个阶段是没有什么捷径可走的。产线从建设完毕到量产,中间可能需要一年到数年的时间。而且,对我们来说,中间还叠加了提高国产化率的任务;另外,外面的厂商也在进步,ASML、应用材料、东京电子等等企业可一点也没停下脚步哦。

哦,对了,提高良品率的好办法之一就是装备更先进的检测设备,这样可以及时发现问题、解决问题,但是检测设备的国产化率现在其实也并不高,所以这个部分我们也需要努力。

综合来看,就是:想要高度国产化生产28nm及更先进制程的芯片,就需要连续不断N多年如一日地投资投资再投资,不仅要投资半导体设备、材料企业,还要投资下游的科技企业让他们有动力采购国产芯片——这样下游愿意买国产芯片,中游愿意用国产机器,上游突破设备做研发——然后就等着用钱烧出来一个未来。

不仅要氪金,而且要爆肝,然后才能追赶,最后实现超越。

其实半导体这个领域还是很适合中国的,因为结合韩国人当年发展面板行业的故事就能知道,芯片、面板都是需要那种非常有确定性的行业,大家跟着摩尔定律往下走就行了(虽然现在似乎快走到头了),这就非常适合中国这种大体量玩家狠狠砸钱然后按照市场规律发展——中国是全球最大的芯片消费国,一个国家吃了全球一半芯片产能。

我还是非常相信我们干这个行业的“资源禀赋”的。

你看看,这是一个光刻机能解决的问题吗?

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