國際半導體制造龍頭三星、臺積電先后宣布將于2018年量產7納米晶圓制造工藝。這一消息使得業界對半導體制造的關鍵設備之一極紫外光刻機(EUV)的關注度大幅提升。此后又有媒體宣稱，國外政府將對中國購買EUV實施限制，更是吸引了大量公眾的目光。一時之間，仿佛EUV成為了衡量中國半導體設備產業發展水平的標桿，沒有EUV就無法實現半導體強國之夢。以目前中國半導體制造業的發展水平，購買或者開發EUV光刻機是否必要?中國應如何切實推進半導體設備產業的發展?
EUV面向7nm和5nm節點
所謂極紫外光刻，是一種應用于現代集成電路制造的光刻技術，它采用波長為10～14納米的極紫外光作為光源，可使曝光波長降到13.5nm，這不僅使光刻技術得以擴展到32nm工藝以下，更主要的是，它使納米級時代的半導體制造流程更加簡化，生產周期得以縮短。
賽迪智庫半導體研究所副所長林雨就此向《中國電子報》記者解釋：“光刻是芯片制造技術的主要環節之一。目前主流的芯片制造是基于193nm光刻機進行的。然而193nm浸沒光刻技術很難支撐40nm以下的工藝生產，因此到了22/20nm及以下工藝節點，芯片廠商不得不將193nm液浸技術和各種多重成像技術結合起來使用，以便突破工藝極限。但是采用多重成像的手段就需要進行多次光刻、蝕刻、淀積等流程，無形中提升了制造成本，拉長了工藝周期。”
因此，EUV技術實質上是通過提升技術成本來平衡工序成本和周期成本。例如，按照格羅方德的測算，啟用EUV技術，在7nm和5nm節點，都僅需要1個光罩即可生產。這樣理論上來說，就可以起到簡化工藝流程，減少生產周期的作用。
對此，芯謀研究總監王笑龍便指出：“EUV技術的研發主要是針對傳統工藝中多次曝光等繁瑣問題。在過去的技術中，曝光過程可能重復2～3次，但是EUV技術可以一次完成，既減少了工序，又節約了時間。在簡化工藝流程、縮短生產周期的同時，EUV也增加了產能，提升了效率。”
中國購買為時尚早
針對EUV，在國內流傳著一種聲音：受西方《瓦森納協議》的限制，中國只能買到ASML的中低端產品，出價再高，也無法購得ASML的高端設備。日前，ASML中國區總裁金泳璇在接受《中國電子報》記者采訪時否認了這一說法。據金泳璇透漏：“國內某知名半導體晶圓廠現已與ASML展開7nm工藝制程EUV訂單的商談工作，第一臺EUV設備落戶于中國指日可待。”
這就是說，EUV要進口到中國并沒有受到限制。但是，EUV技術進入中國最大的問題可能并非受限與否，而是有沒有必要現在購買?由于EUV開發的技術難度極高，特別是EUV光源的功率不足，導致曝光時間過長，使得EUV一直很難得到實用，目前國際上EUV技術較為成熟的企業只有ASML一家，其銷售的EUV價格極為高昂，一臺售價超過1億歐元。而目前EUV的主要應用范圍是7nm以下工藝節點，尤其5nm工藝節點的晶圓制造。
“對于國內制造企業而言，芯片制造的工藝水平還達不到EUV所擅長的范圍，目前我們28納米量產，14納米還在布局。對于EUV而言，如果采用該技術進行14nm芯片量產，成本太高了。”林雨指出。
王笑龍也認為EUV技術對于中國來說仍是一項挑戰。王笑龍介紹，EUV主要是從7nm開始，目前國內暫時沒有這項技術的應用。國內集成電路較為落后，尚未達到EUV技術的先進水平，國內的一些企業尚未對該項技術產生一定的支撐作用。“EUV進入中國可能是多年以后的事情，目前國內28nm才剛開始，14nm大概要2020年，那么7nm技術，最壞的預測可能是2025年，并且中國技術較為落后，追趕先進技術會產生高額費用，暫時尚無足夠資金支撐這項技術。”王笑龍說。
實用化挑戰當前依然存在
事實上，不僅中國對EUV的應用時日尚早，國際上對EUV的應用也局限在很小的范圍。對于EUV產業化過程中最大的挑戰，林雨表示主要來自于光源和持續生產率。“例如，250W光源是使EUV可用于芯片量產的關鍵要素。到目前為止，ASML公司已經推出多種采用80W光源的原型，預計將在年底推出其首款125W系統。目前，250W光源主要存在于實驗階段，用于產業化流程中所急需突破的問題是光源的可靠工作效率。據賽迪智庫調查了解，Gigaphoton正在幫助ASML生產這種光源。”林雨說。
根據ASML不久前公布的數據，2017年EUV設備全年出貨量僅有12臺，預計明年出貨量將增加至20臺，而現在客戶未出貨訂單為27臺。日前，ASML公司將EUV光刻機小范圍量產，所配用的是業內人士翹首以盼的250W光源，計劃于2017年年底完成設備產品化。
除此之外，耗電量和曝光速度也是EUV技術的實踐者需要征服的挑戰。“光刻膠和光照膜是傳統工藝中使用到的材料，現在已經不適應EUV技術的發展。此外，EUV技術還面臨耗電量大等問題。EUV目前的曝光速度與人們的期望還有一定差距。假如傳統工藝一次曝光用1小時，整個過程共需4次曝光，一共要4小時，EUV技術只需要一次曝光，預期耗費1小時便可以完成，但是現實中卻需要3小時左右。”王笑龍說。
成本高也是EUV技術的一個難題。“EUV技術研發投入的資金量很大，技術昂貴，設備稀少。如果這些問題得不到改善，那么這項技術將無法得到實用。鑒于以上所述，EUV技術既是挑戰，也是機遇。”王笑龍說。
長期戰略，中國不應缺位
盡管EUV現在還存在各種障礙，但是其未來應用前景依然各方被看好。從長遠角度來看，發展EUV技術是非常必要的。對此，林雨指出：“自上世紀九十年代起，中國便開始關注并發展EUV技術。最初開展的基礎性關鍵技術研究主要分布在EUV光源、EUV多層膜、超光滑拋光技術等方面。2008年‘極大規模集成電路制造裝備及成套工藝’國家科技重大專項將EUVL技術列為下一代光刻技術重點攻關。《中國制造2025》也將EUVL列為了集成電路制造領域的發展重點對象，并計劃在2030年實現EUV光刻機的國產化。”
“目前來看，EUV這項技術對中國尚無實際意義，但是具有一定的戰略意義。中國雖然技術落后，研發EUV技術困難頗多，但是仍要發展完整的工業體系，EUV是整套體系中最困難的一塊。放眼于未來，中國的技術最后還是會到達高水平層次，7nm技術也會得到應用，這一步勢必要走，所以現在的準備工作是一定要做的，努力減小未來中國與世界的差距，所以即使如今技術不成熟、制作設備缺少、但是EUV技術還是要加大關注，為未來我國技術做鋪墊。”王笑龍說。
雖然國家政策對于先進的EUV技術給予了研究支持，但是中國在光刻行業的技術、人才等積累還很薄弱。追逐國際領先者，中國必將付出更大的精力和更多的資金。“對于中國來說，這項技術的基礎薄弱，制作設備稀缺，光學系統也會是極大的挑戰，可以這么比喻，在中國，做EUV要比做航空母艦困難得多。”王笑龍說。
因此，針對于中國EUV技術的發展，王笑龍給出了一些建議。“追求實用技術是企業的本能，追求最新技術卻不符合企業效益。因此對于先進的EUV技術，光靠企業和社會資本是無法支撐起來的，對于企業來說，研發技術缺少資金的支持;對于社會資本來說，缺乏熱情的投入，因此，這項技術需要政府的支持，需要國家政策的推進。”王笑龍說。
