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  • 1 # 吾久山

    中芯由於被美國限制,這77億人民幣買的是DUV深紫外光源光刻機,其在犧牲一定效率和產品良率的基礎上,最高能做7nm晶片。DUV光刻機大約5.8億人民幣一臺,77億人民幣大約可以買13臺DUV光刻機。這13臺DUV光刻機摺合產能大約是3.7萬片12寸晶圓/月,以中芯2020年產能約18.5萬12寸晶圓/月來說,這13臺DUV能增加20%的產能了,不算少,但面對晶片產業目前的困境,這個增量還是不夠的,為直觀一點,我們拿臺積電比較一下:

    以產值對比:2020年臺積電產值約2924億人民幣,中芯產值約251億人民幣,按產值計算中芯大約是臺積電規模的11.6倍

    以產能對比:2020年臺積電產能為113.2萬12寸晶圓/月。中芯產能約18.5萬12寸晶圓/月。臺積電產能是中芯的6.11倍。

    我們有臺積電的產能做個簡單推算,看看臺積電的裝置總值有多少:按每臺DUV光刻機月處理2850片12寸晶圓計算(113.2/0.285=397),可換算出臺積電相當於有397臺DUV光刻機,按當前DUV價格計算這批光刻機價值5.8*397=2302.6億人民幣。而光刻機佔晶圓製造裝置的比例大約23%(2302.6/0.23=10011.3),臺積電多年累積下來的裝置大約值10011.3億元人民幣。也就是說我們要弄一個臺積電產能,要投資1萬億人民幣,這還不是全部。

    我們看到的是冒出水面,淨利潤超過40%的臺積電,在水面之下是有力支撐其形成巨大優勢的龐大在地供應鏈,它們互相支撐,良性迴圈,很多配套廠有特殊裝置材料特供臺積電,也有很多質高價廉的裝置材料商替代了西方產品,幫助臺積電大幅度壓縮成本,建立競爭優勢。相比之下,國內晶片製造廠的中國產配套企業由於市佔非常低,規模和實力都不大,雙方的互相支撐力度不夠。同時晶片裝置材料涉及的精密儀器繁多而複雜,而國內的精密儀器裝置製造積累不夠,發展比較吃力,這是個難題。這樣看起來要撐起像臺積電這樣的攤子,需要非常大的投資及和一定的時間積累,難度不小,但以目前的情況,晶片產業是美國手中的一個開關,再難我們還是咬牙投入下去,做一定的中國產化。

    晶片中國產化目前做得怎麼樣。在此引用寧南山的資料,2020年中國市場消耗晶片1434億美元,其中60%晶片(860億美元)組裝成品後出口,40%(574億美元)內銷。本土晶片公司產值227億美元。中國產的市場空間不小。

    ASML的光刻機不是買到了就高枕無憂。晶片廠是24小時生產,人停機不停,這種高強度使用下DUV光刻機的重要配件,深紫外光源會不會衰減從而需要定期更換,如果要更換,美國CYMER深紫外光源3000萬人民幣一個。24小時高強度使用下,物鏡系統的透鏡鍍膜會不會損傷或剝落,從而需要定期更換,這個是德國蔡司的產品,也不便宜。還有其他損耗件存在,這些都不是操之在我,保險起見,必須要發展中國產光刻機。

    中國產光刻機現狀:對應ASML的DUV光刻機的,是02專項中的193nm浸沒式光刻機,由上海微電子負責組裝。02專項實施時間是2016年---2020年。專案具體要求是:1)攻克14m刻蝕裝置、薄膜裝置、摻雜裝置等高階制適裝備及零部件;2)突破193nm浸沒式光刻機及核心部件 3)研發14m邏輯與儲存晶片成套工藝及相應系統封測技術;總體要求形成14nm-28nm-裝備、材料、工藝、封測等較完整的產業鏈。目前看來,除了193nm浸沒式光刻機超時並還在收尾,其他都基本完成了。

    02專項的193nm浸沒式光刻機,研發難點在光源和物鏡。以此對應的配套專案是負責物鏡的北京國望光學和負責光源的科益虹源。這其中又以物鏡最難,它不是制式產品,依賴經驗打磨除錯。而這正是德國日本的特長,目前最好的光刻機和單反相機用的都是德國日本鏡片,打磨除錯複試鏡片需要多年技術經驗積累,中國要短時間趕上,需要做很大的努力。這次02專項193nm光源DUV光刻機物鏡拖在最後。

    EUV中國產光刻機難點。做7nm以下晶片,需要用到EUV光刻機,中國產EUV光刻機的難點估計還是物鏡最難:EUV所用的極紫外光能被空氣、玻璃吸收,只能用反射鏡代替透鏡,並將工作環境抽成真空。而普通反射鏡鏡面反射率不夠,必須採用矽鉬鍍膜的複式鏡面設計(布拉格反射器)將多層反射集中成單一反射,整個物鏡系統需要整合除錯十幾面反射鏡,同時鏡面精度要達到皮米級(萬億分之一米)以上。每次光反射會損失3成能量,這樣在經過十幾面反射鏡後只有不到2%的光線能到達晶圓。

    要降低難度有幾個辦法:

    一個是想辦法提高光的反射率。1)設計更精妙的反射系統減少所需反射鏡數量以此減少反射能量損失。 2)反射鏡的精度在皮米級(萬億分之一米)基礎上繼續提高,這需要更高的磨鏡片手藝,難度太大。

    另一個是從光源入手,如果物鏡系統難以突破,可以加強光源來減輕物鏡系統的涉及難度和鏡片的加工精度要求:1)提高光源功率 2)更換更好的光源,比如清華大學唐傳祥團隊研究的SSMB光源就有替代EUV光刻機的極紫外光源的潛力。

    以上總總可以看出晶片產業發展的不易,以此來看中芯這13臺DUV還是遠遠不夠的。最後祝福中國的晶片製造業,願其發展順遂。

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