還是那句話,光刻機救不了中國半導體
還是那句話,光刻機救不了中國半導體。(注意:28nm光刻機,這個稱呼本身並不太準確。因為光刻機大多數都是以光源類型來定義的,ASML最先進的光刻機並不叫3nm光刻機,而是叫EUV光刻機——EUV指的是它採用了波長僅為13.5nm的極紫外光源。不過,為了方便行文討論,本文姑且就將能用於生產28nm製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,討厭麻煩,我們的大腦會自動給很多事情貼標籤以加快處理效率——這是千百萬年猿人老祖宗們留給我們的“遺產”,因為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,只怕來不及把自己的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”卻變成了一種尷尬的存在。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“國產28nm光刻機”傳說有望年底交付云雲,又引起了不少人的討論。大腦“偷懶”後的歸因效應再度顯現——很多人覺得“國產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,這種產業鏈極度漫長繁雜的高精尖行業,怎麼可能會因為這一個東西的成敗與否就“冰火兩重天”呢?
毛主席當年說“抗日戰爭急不得”,意思是說由於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,半導體行業這麼多年,別人的體系和我們的體系相比強大太多,想著靠一兩件設備就翻盤,這其實並不現實。
01 我們距離“28nm光刻機”還有多遠?
作為頂級廠商,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製造出來的產品——你讓荷蘭人自己獨立製造,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……
別說荷蘭了,“美帝”自己也是沒辦法100%自己生產的。
所以我們的任務真的很艱鉅,在面對製裁的情況下,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,因為不管最後國產化率結果如何,發展這些東西總比不發展要好——總還是有中國企業能拿出產品且賺到錢的。
先看一看國內部分做光刻機零部件供應商的水平吧。
僅以這幾家國內企業的水平來看,能加工28nm芯片的國產光刻機距離誕生確實可能還有一些距離。
理由很簡單:
先說光源,國內目前的光源還是193nm波長的ArF光源,當年ASML突破28nm製程時候用的也是193nm波長的ArF光源,這個基本上是一致的。
再說掩膜版,目前國內最先進的掩膜版目前圖形尺寸在180nm,正在攻關130nm——這個距離製造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。而國內目前最先進的、量產的工作台還是乾式非浸沒的,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,有了一套全新的生產工藝,否則國產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》。在那篇文章裡,局長主要提了兩個觀點:
第一,不要問芯片怎麼樣,要問設備怎麼樣——光刻機只是產線上的一個主要設備,其他設備的國產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產半導體裝備,需要讓國產設備有一線生產經驗並且跟著一線經驗不斷迭代。
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,包括光刻機在內,幾種主流半導體裝備的指標滿足情況大致如下:
兩年時間過去後,國內廠商的追趕情況大致如下:
總體而言,兩年時間過去,中國半導體設備指標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歷程,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,這並不意味著我們現在就能高興宣布“28nm芯片可以100%國產化了!”。
為什麼呢?因為良品率。
03 提高良品率,國產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%國產化28nm芯片的,但如果放在現實的生產中,這或許就有點懸了。
可以說,良品率問題是製約國產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,生產企業才能實現止損盈利。但現實是:25%國產化的28nm製程生產線上,良品率就已經掉到了75%,而隨著國產化率的提高,良品率也在不斷下降,50%國產化的情況下,良品率就已經掉到60%了。
而台積電的28nm生產線的良品率,是96%。
這也就意味著,要提高裝備的國產化率,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裡給予資金支持和補貼,幫著企業續命。
再說時間的事情:設備進場之後也不是當天就能開始乾活兒的,需要相當長一段時間的調試工作,且這個階段是沒有什麼捷徑可走的。產線從建設完畢到量產,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產化率的任務;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,但是檢測設備的國產化率現在其實也並不高,所以這個部分我們也需要努力。
綜合來看,就是:想要高度國產化生產28nm及更先進製程的芯片,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,還要投資下游的科技企業讓他們有動力採購國產芯片——這樣下游願意買國產芯片,中游願意用國產機器,上游突破設備做研發——然後就等著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適合中國的,因為結合韓國人當年發展面板行業的故事就能知道,芯片、面板都是需要那種非常有確定性的行業,大家跟著摩爾定律往下走就行了(雖然現在似乎快走到頭了),這就非常適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產能。
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?