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下載手機(jī)APP 芯片是國(guó)家的核心競(jìng)爭(zhēng)力，早在2006年美國(guó)還未使用芯片禁令大棒的時(shí)候，我國(guó)就未雨綢繆，開(kāi)始國(guó)產(chǎn)芯片的全產(chǎn)業(yè)鏈計(jì)劃，進(jìn)行芯片國(guó)產(chǎn)替代。
在《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》里設(shè)置國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)，并確定了16個(gè)重大專(zhuān)項(xiàng)作為國(guó)家科技發(fā)展的重中之重(見(jiàn)下圖)，舉全國(guó)之力進(jìn)行攻關(guān)突破，其中集成電路裝備因排第2被稱(chēng)為02專(zhuān)項(xiàng)，重點(diǎn)對(duì)22-45nm芯片制造裝備進(jìn)行攻關(guān)。
2021年是02專(zhuān)項(xiàng)全面收官之年，那么現(xiàn)在攻關(guān)情況怎么樣?我國(guó)的半導(dǎo)體發(fā)展是不是已經(jīng)有突破了?我們從幾個(gè)卡脖子項(xiàng)目上看看02專(zhuān)項(xiàng)的實(shí)施情況。
|01光刻機(jī)
光刻機(jī)是02專(zhuān)項(xiàng)的核心，整機(jī)項(xiàng)目主要由上微電子承擔(dān)，目前已經(jīng)能生產(chǎn)干式90nm的光刻機(jī)。屬于沉浸式的65nm、45nm和28nmDUV光刻機(jī)項(xiàng)目還未能突破，當(dāng)前世界上最先進(jìn)的7nmEUV光刻機(jī)還沒(méi)有開(kāi)始整機(jī)立項(xiàng)研發(fā)。
沉浸式光刻機(jī)是讓光通過(guò)水的折射降低波長(zhǎng)，提高光刻的精度，基本上90nm以下的光刻機(jī)都是沉浸式。沉浸式光刻機(jī)未突破主要原因是國(guó)產(chǎn)浸液系統(tǒng)未研制成功，02專(zhuān)項(xiàng)的浸液系統(tǒng)項(xiàng)目由浙江大學(xué)流體動(dòng)力與機(jī)電系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和浙江啟爾機(jī)電承擔(dān)，目前還在穩(wěn)步推進(jìn)階段。
網(wǎng)上有傳上微電子2022年將量產(chǎn)28nm的光刻機(jī)，但從國(guó)外光刻機(jī)發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，中間還有兩個(gè)臺(tái)階65nm和45nm光刻機(jī)，每個(gè)臺(tái)階的技術(shù)不一樣但又以前者為基礎(chǔ)，跨越式發(fā)展可能性不大。
| 02 光刻機(jī)子項(xiàng)目
上微電子生產(chǎn)的光刻機(jī)并不是純國(guó)產(chǎn)貨，它的核心部分光源系統(tǒng)與鏡頭系統(tǒng)都是國(guó)外進(jìn)口的，要建立完全的國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)鏈，要有自己的光源和鏡頭。所以02專(zhuān)項(xiàng)還建立了光刻機(jī)子項(xiàng)目，主要為光源、鏡頭、雙工作臺(tái)三個(gè)大系統(tǒng)項(xiàng)目。
(1)光源
光源分準(zhǔn)分子激光光源和極紫光光源，分別用在DUV光刻機(jī)和EUV光刻機(jī)上，具體研究單位和研究進(jìn)展可見(jiàn)下圖，可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：
第一，40瓦干式DUV光刻機(jī)光源已經(jīng)可以交付商用，使我國(guó)成為美日之后第三個(gè)能生產(chǎn)此光源的國(guó)家，但是沉浸式DUV光源我們還在研發(fā)，主要是光源功率有差距，沉浸式必須達(dá)到60瓦。
第二，極紫光光源項(xiàng)目已獲得突破，哈工大實(shí)驗(yàn)室成功研制出12瓦DPP-EUV光源，離商用EUV所必須的250瓦有巨大差距，估計(jì)用十年時(shí)間可以到達(dá)這個(gè)水平。
第三，最近，清華大學(xué)研發(fā)了一種新型粒子加速器光源，有可能成為EUV光刻機(jī)的新光源，不過(guò)距離應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路。
(2)鏡頭系統(tǒng)
光刻機(jī)三大核心系統(tǒng)里面鏡頭系統(tǒng)是核心，鏡頭系統(tǒng)不只是光學(xué)技術(shù)，還有加工的工藝要求，以及建立系統(tǒng)集成平臺(tái)。
當(dāng)年ASML在2010年就完成了EUV光刻機(jī)的原型機(jī)，但一直到2019年才出貨商用，光學(xué)透鏡、反射鏡系統(tǒng)的技術(shù)難關(guān)一直沒(méi)有攻克是主要原因。
鏡頭項(xiàng)目承擔(dān)單位與研究進(jìn)展見(jiàn)下圖，并可得出如下結(jié)論：
第一，我國(guó)長(zhǎng)春國(guó)科精密已經(jīng)能生產(chǎn)早期的光刻機(jī)鏡頭，可用于合肥芯碩200 nm的光刻機(jī)，暫時(shí)不能用于上微電子90nm光刻機(jī)上，主要是光學(xué)系統(tǒng)的加工、檢測(cè)、鍍膜等技術(shù)還需進(jìn)一步提升。
第二，高端的EUV 光刻曝光裝置已經(jīng)驗(yàn)收，使我國(guó)初步掌握了極紫外光刻的核心光學(xué)技術(shù)，但是與EUV光刻機(jī)的鏡頭系統(tǒng)還是兩個(gè)概念，相當(dāng)于我國(guó)已經(jīng)掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，但不等于就可以制造波音飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，既有技術(shù)等級(jí)的鴻溝、也有制造水平的巨大差距。
(3)雙工作臺(tái)系統(tǒng)
EUV光刻機(jī)內(nèi)有兩個(gè)工件臺(tái)，功能、結(jié)構(gòu)一樣，一個(gè)工作時(shí)另外一個(gè)做相關(guān)準(zhǔn)備，并不停互換位置以提高曝光效率。
“光刻機(jī)雙工件臺(tái)系統(tǒng)樣機(jī)研發(fā)”項(xiàng)目由清華大學(xué)和北京華卓精科承擔(dān)，2019年4月通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，成為02專(zhuān)項(xiàng)光刻機(jī)項(xiàng)目第一個(gè)完成的子項(xiàng)，使我國(guó)成為第二個(gè)掌握生產(chǎn)最尖端雙工作臺(tái)系統(tǒng)的國(guó)家。
|03光刻膠
光刻膠是芯片生產(chǎn)的上游產(chǎn)品，高端產(chǎn)品基本為日本控制，也是卡脖子產(chǎn)品。
ArF干式光刻膠已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)收，并在南大光電和北京科華兩家公司已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段。ArF沉浸式光刻膠已經(jīng)在積極籌備驗(yàn)收工作，具體驗(yàn)收時(shí)間等待專(zhuān)家通知，估計(jì)研發(fā)已經(jīng)收尾。
EUV光刻膠是最高端產(chǎn)品，因?yàn)楣饪棠z研發(fā)需要與光刻機(jī)企業(yè)協(xié)同配合，而國(guó)內(nèi)沒(méi)有EUV光刻機(jī)，所以研究難度較大，不過(guò)此項(xiàng)研究進(jìn)展不錯(cuò)。
EUV光刻膠材料與實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)技術(shù)研究已于2018年通過(guò)驗(yàn)收，讓我們對(duì) EUV光刻膠的一些材料和配方方面的研究積累較好的基礎(chǔ)，不過(guò)從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)距離較大，量產(chǎn)商用短期不會(huì)有時(shí)間表。
|04刻蝕機(jī)
刻蝕就是除去硅片電路圖外不需要的材料，02專(zhuān)項(xiàng)的蝕刻機(jī)項(xiàng)目由中微半導(dǎo)體承擔(dān)。
2019年6月，中微半導(dǎo)體成功研發(fā)生產(chǎn)世界上第一臺(tái)5nm蝕刻機(jī)，并實(shí)現(xiàn)向臺(tái)積電供貨。2021年5月，中微半導(dǎo)體又完成3nm蝕刻機(jī)的研發(fā)工作，并開(kāi)始量產(chǎn)，可以看出，我國(guó)在蝕刻機(jī)方面已經(jīng)與世界芯片發(fā)展水平同步。
蝕刻機(jī)是02專(zhuān)項(xiàng)最成功的項(xiàng)目，不過(guò)相對(duì)光刻機(jī)而言，蝕刻機(jī)的技術(shù)含量較低，利潤(rùn)也不是很高，所以我們能夠很快追趕上國(guó)際水平，并能在巨頭橫行的半導(dǎo)體市場(chǎng)有一席之地。
|05 結(jié)論
02專(zhuān)項(xiàng)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈里全面鋪開(kāi)，限于篇幅我們只談?wù)剮讉€(gè)核心的項(xiàng)目，特別是一些卡脖子的項(xiàng)目攻關(guān)情況。從上述情況，我們可以得出以下結(jié)論：
第一，02專(zhuān)項(xiàng)在15年的持續(xù)投入和艱難攻關(guān)下，除了光刻機(jī)技術(shù)還沒(méi)攻克外，我國(guó)在22-45nm芯片制造上基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)替代，并建立了自己的芯片全產(chǎn)業(yè)鏈，緊緊跟上國(guó)際先進(jìn)水平，為實(shí)現(xiàn)芯片自主邁出重要一步。
第二，我們也應(yīng)該清醒認(rèn)識(shí)到，芯片發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期積累、高投入的過(guò)程，非一時(shí)之功可以達(dá)成。
特別是要追趕上世界最先進(jìn)的技術(shù)，必須要在人力、物力和資金方面的投入超過(guò)領(lǐng)先者，但實(shí)際上技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)際芯片巨頭在科研投入上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們，這也意味著他們跑得更快。
第三，在當(dāng)前企業(yè)利潤(rùn)不能支撐科研投入的情況下，需要國(guó)家更多的扶持和投入。02項(xiàng)目雖然已收官，國(guó)家芯片大基金一期、二期已經(jīng)設(shè)立，4千億的資金投入彰顯國(guó)家的氣魄、眼光和決心，我們有理由相信：希望可期，勝利在望，未來(lái)在握。創(chuàng)意醬007
