還是那句話,光刻機救不了中國半導體。
(注意:28nm 光刻機,這個稱呼本身并不太準确。因爲光刻機大多數都是以光源類型來定義的,ASML 最先進的光刻機并不叫 3nm 光刻機,而是叫 EUV 光刻機—— EUV 指的是它采用了波長僅爲 13.5nm 的極紫外光源。不過,爲了方便行文讨論,本文姑且就将能用于生産 28nm 制程芯片的光刻機稱作 "28nm 光刻機 "。)
人性的一大特點就是喜歡簡單,讨厭麻煩,我們的大腦會自動給很多事情貼标簽以加快處理效率——這是千百萬年猿人老祖宗們留給我們的 " 遺産 ",因爲猿人們在面對猛獸的時候沒時間思考,發現一點風吹草動就需要立刻跑路。史前時代那些遇到事兒還仔細研究的猿人們,隻怕來不及把自己的 DNA 延續下去,就已經被劍齒虎給吃了。
但當人類發展到文明時代後,這種 " 保命機制 " 卻變成了一種尴尬的存在。文明時代的人類不再需要面對猛獸,但卻常常需要深度思考。而此時我們的大腦仍然是 " 偷懶 " 的老樣子,常常用最簡單的歸因取代本應長篇大論的分析與思考。
最近 " 國産 28nm 光刻機 " 傳說有望年底交付雲雲,又引起了不少人的讨論。大腦 " 偷懶 " 後的歸因效應再度顯現——很多人覺得 " 國産 28nm 光刻機 " 出來了,中國半導體就牛逼了。
其實想想就知道:這種牽動國家前途與命運的命脈行業,這種産業鏈極度漫長繁雜的高精尖行業,怎麽可能會因爲這一個東西的成敗與否就 " 冰火兩重天 " 呢?
毛主席當年說 " 抗日戰争急不得 ",意思是說由于當時中日實力對比懸殊,我們是沒辦法對日本侵略者搞 " 決戰決勝 " 或者 " 速勝 " 的,必須一點點耗死對方——這就是所謂的 " 持久戰 "。
現在的邏輯也是一樣的,半導體行業這麽多年,别人的體系和我們的體系相比強大太多,想着靠一兩件設備就翻盤,這其實并不現實。
01 我們距離 "28nm 光刻機 " 還有多遠?
作爲頂級廠商,絕對行業老大,ASML 光刻機的供應商有 5000 多家,遍及全球。因此完全可以說 ASML 的光刻機是集合了全球智慧所制造出來的産品——你讓荷蘭人自己獨立制造,他們也是造不出來的—— ASML 的極紫外光源,用的是收購回來的美國 Cymer,光學鏡片用的是德國蔡司,機電零部件用的是美國 Sparton……
别說荷蘭了," 美帝 " 自己也是沒辦法 100% 自己生産的。
所以我們的任務真的很艱巨,在面對制裁的情況下,我們很可能要自己把這一系列的東西都給弄出來。
當然,這其實也有好處,因爲不管最後國産化率結果如何,發展這些東西總比不發展要好——總還是有中國企業能拿出産品且賺到錢的。
先看一看國内部分做光刻機零部件供應商的水平吧。
僅以這幾家國内企業的水平來看,能加工 28nm 芯片的國産光刻機距離誕生确實可能還有一些距離。
理由很簡單:
先說光源,國内目前的光源還是 193nm 波長的 ArF 光源,當年 ASML 突破 28nm 制程時候用的也是 193nm 波長的 ArF 光源,這個基本上是一緻的。
再說掩膜版,目前國内最先進的掩膜版目前圖形尺寸在 180nm,正在攻關 130nm ——這個距離制造 28nm 芯片的要求還是有些距離。
再說工件台,ASML 當年崛起的一個關鍵操作就是用水的折射,讓 193nm 的深紫外線波長驟降到了 134nm,實現這個操作的部件,就是浸沒式的工件台。而國内目前最先進的、量産的工作台還是幹式非浸沒的,所以顯然還不太能實現 28nm 的技術要求。
由此可見,除非我們掌握了繞過 ASML 經驗的新路線,有了一套全新的生産工藝,否則國産 28nm 光刻機的到來還是需要時間的。
02 兩年時間,中國半導體裝備進步如何?
2021 年 3 月份的時候,我們寫過一篇講中國半導體裝備行業的文章——《光刻機救不了中國半導體》。在那篇文章裏,局長主要提了兩個觀點:
第一,不要問芯片怎麽樣,要問設備怎麽樣——光刻機隻是産線上的一個主要設備,其他設備的國産替代和追趕同樣重要。
第二,中國半導體裝備企業最缺的是實戰機會——我們需要讓越來越多的晶圓廠購買國産半導體裝備,需要讓國産設備有一線生産經驗并且跟着一線經驗不斷叠代。
兩年過去了,這兩句話其實依然沒有過時。
先回顧一下兩年前中國半導體裝備行業的一個概況,包括光刻機在内,幾種主流半導體裝備的指标滿足情況大緻如下:
兩年時間過去後,國内廠商的追趕情況大緻如下:
總體而言,兩年時間過去,中國半導體設備指标上的整體進步是非常顯著的,除光刻設備外,基本都已經進入 "28nm-14nm" ——按照半導體行業的發展曆程,2010 年前後,國際先進水平也就 28nm,直到 2015 年才實現了 14nm。
這是個非常振奮人心的消息。
不過,這并不意味着我們現在就能高興宣布 "28nm 芯片可以 100% 國産化了!"。
爲什麽呢?因爲良品率。
03 提高良品率,國産半導體裝備的新任務
在實驗室條件下,我們大概率是可以造出 100% 國産化 28nm 芯片的,但如果放在現實的生産中,這或許就有點懸了。
可以說,良品率問題是制約國産半導體設備普及推廣的最重要因素,很可能沒有之一,制約的方面主要有兩個:錢和時間。
先說錢的事情:良品率保持在 80% 以上,生産企業才能實現止損盈利。但現實是:25% 國産化的 28nm 制程生産線上,良品率就已經掉到了 75%,而随着國産化率的提高,良品率也在不斷下降,50% 國産化的情況下,良品率就已經掉到 60% 了。
而台積電的 28nm 生産線的良品率,是 96%。
這也就意味着,要提高裝備的國産化率,就要面臨良品率的下跌,晶圓廠就要虧錢。工程師們必須盡快調試優化,然後慢慢提高良品率,同時國家還必須在這段難熬的時間裏給予資金支持和補貼,幫着企業續命。
再說時間的事情:設備進場之後也不是當天就能開始幹活兒的,需要相當長一段時間的調試工作,且這個階段是沒有什麽捷徑可走的。産線從建設完畢到量産,中間可能需要一年到數年的時間。而且,對我們來說,中間還疊加了提高國産化率的任務;另外,外面的廠商也在進步,ASML、應用材料、東京電子等等企業可一點也沒停下腳步哦。
哦,對了,提高良品率的好辦法之一就是裝備更先進的檢測設備,這樣可以及時發現問題、解決問題,但是檢測設備的國産化率現在其實也并不高,所以這個部分我們也需要努力。
綜合來看,就是:想要高度國産化生産 28nm 及更先進制程的芯片,就需要連續不斷 N 多年如一日地投資投資再投資,不僅要投資半導體設備、材料企業,還要投資下遊的科技企業讓他們有動力采購國産芯片——這樣下遊願意買國産芯片,中遊願意用國産機器,上遊突破設備做研發——然後就等着用錢燒出來一個未來。
不僅要氪金,而且要爆肝,然後才能追趕,最後實現超越。
其實半導體這個領域還是很适合中國的,因爲結合韓國人當年發展面闆行業的故事就能知道,芯片、面闆都是需要那種非常有确定性的行業,大家跟着摩爾定律往下走就行了(雖然現在似乎快走到頭了),這就非常适合中國這種大體量玩家狠狠砸錢然後按照市場規律發展——中國是全球最大的芯片消費國,一個國家吃了全球一半芯片産能。
我還是非常相信我們幹這個行業的 " 資源禀賦 " 的。
你看看,這是一個光刻機能解決的問題嗎?