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米磊:國(guó)產(chǎn)光刻機(jī),如何避免閉門造車式創(chuàng)新?
首臺(tái)國(guó)產(chǎn)28納米工藝浸沒式光刻機(jī)有望交付
國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(SEMI)公布的數(shù)據(jù)顯示,2020年全球半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的銷售達(dá)到了712億美元,較2019年的598億美元增加114億美元,同比增長(zhǎng)19%。中國(guó)大陸市場(chǎng)的設(shè)備銷售額比上年增長(zhǎng)39%,達(dá)到187.2億美元。由5G的普及和新冠肺炎疫情導(dǎo)致的居家辦公需求,半導(dǎo)體代工企業(yè)的投資旺盛。
我國(guó)在光刻機(jī)方面的技術(shù)積累和人才儲(chǔ)備相對(duì)不足,雖無(wú)法制造高端光刻機(jī),但可以制造一些低、中端的光刻機(jī)。
2008年起,我國(guó)開始重視光刻機(jī)的研發(fā)。為推動(dòng)我國(guó)集成電路制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,國(guó)家決定實(shí)施科技重大專項(xiàng)“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”項(xiàng)目(又稱“02專項(xiàng)”)。在該項(xiàng)目下,我國(guó)研究團(tuán)隊(duì)一路攻堅(jiān)克難,國(guó)產(chǎn)首套90納米高端光刻機(jī)已經(jīng)研制成功。
2019年4月,武漢光電國(guó)家研究中心甘棕松團(tuán)隊(duì)通過2束激光,在自研的光刻膠上,突破光束衍射極限的限制,并使用遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)的辦法,光刻出最小9納米線寬的線段。該成果一舉實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)材料、軟件和零部件的三大國(guó)產(chǎn)化。
2020年6月,上海微電子設(shè)備有限公司透露將在2021—2022年交付首臺(tái)國(guó)產(chǎn)28納米工藝浸沒式光刻機(jī)。這意味著國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)工藝從以前的90納米一舉突破到28納米。
雖然國(guó)產(chǎn)28納米光刻機(jī)與已面世的5納米頂尖制程存在較大差距,但常見的射頻芯片、藍(lán)牙芯片、功放芯片、路由器上的芯片、各種電器的驅(qū)動(dòng)芯片等非核心邏輯芯片,仍采用28~90納米工藝。
在光刻工藝進(jìn)入28納米以下制程之后的較長(zhǎng)一段時(shí)間里,16納米和14納米制程的成本一度高于28納米,與摩爾定律的運(yùn)行規(guī)律相反,這也使得28納米制程工藝極具性價(jià)比。在實(shí)際應(yīng)用中,28納米光刻機(jī)不僅能用來生產(chǎn)28納米芯片,更有望通過多重曝光的方式生產(chǎn)14納米、10納米、7納米芯片。盡管我國(guó)自主光刻機(jī)與外國(guó)先進(jìn)水平仍有不小代差,但未來可期。
2020年7月,中國(guó)科學(xué)院上海光機(jī)所在計(jì)算光刻技術(shù)研究中取得進(jìn)展。關(guān)鍵圖形篩選技術(shù)是決定光源掩膜優(yōu)化技術(shù)(SMO——主要計(jì)算光刻技術(shù)之一)速度與效果的關(guān)鍵技術(shù)。
中科院上海光機(jī)所信息光學(xué)與光電技術(shù)實(shí)驗(yàn)室提出了一種SMO關(guān)鍵圖形篩選技術(shù),并聯(lián)合中科院微電子所研究團(tuán)隊(duì),利用國(guó)際主流商用計(jì)算光刻軟件進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,結(jié)果表明該技術(shù)優(yōu)于國(guó)際同類技術(shù)水平。
避免閉門造車式創(chuàng)新:全面發(fā)力實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)和半導(dǎo)體的突破
當(dāng)前,全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在發(fā)生以5G、物聯(lián)網(wǎng)為標(biāo)志的第三次大轉(zhuǎn)移,為我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)崛起提供了機(jī)遇。產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移疊加安全需求,半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)化趨勢(shì)明確。
我國(guó)電子行業(yè)仍大規(guī)模依賴美國(guó)技術(shù),尤其是中上游對(duì)外依賴度高,半導(dǎo)體材料與設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率平均不足20%。尤其是芯片、射頻器件和FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)等核心元器件,仍面臨著美國(guó)的大規(guī)模壟斷。
隨著摩爾定律逐漸無(wú)以為繼,通過快速技術(shù)升級(jí)提升半導(dǎo)體供應(yīng)能力的路線難以走通,全球?qū)Π雽?dǎo)體的需求卻隨著人工智能、5G等新一代技術(shù)加速部署,以及數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)張而快速增長(zhǎng),半導(dǎo)體行業(yè)供需關(guān)系出現(xiàn)倒掛,未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的地位越發(fā)關(guān)鍵,對(duì)半導(dǎo)體的投資也將迎來黃金時(shí)刻。
此外,技術(shù)更迭的速度逐步加快,在對(duì)半導(dǎo)體加大投資的過程中,須對(duì)產(chǎn)業(yè)前景做好預(yù)判,防止出現(xiàn)半導(dǎo)體行業(yè)成果出現(xiàn)后賽道被拋棄的局面。
發(fā)揮體制優(yōu)勢(shì),建立協(xié)同的投資和發(fā)展模式。我國(guó)擁有“集中力量辦大事”的體制優(yōu)勢(shì),在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下,也應(yīng)發(fā)揮社會(huì)資本的重要作用,堅(jiān)持國(guó)家資本和社會(huì)資本雙管齊下投資產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
相對(duì)于國(guó)家資本而言,社會(huì)資本對(duì)行業(yè)具有天然的親和性,更貼近行業(yè)現(xiàn)狀,對(duì)動(dòng)向的洞悉更敏銳,也更容易實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。利用國(guó)家大基金等資本的帶動(dòng)作用,引導(dǎo)社會(huì)資本深入半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),布局先進(jìn)技術(shù),更能推動(dòng)產(chǎn)業(yè)整體進(jìn)步。
對(duì)于光刻機(jī)等技術(shù)要求高、研發(fā)投入大的領(lǐng)域,可以由國(guó)家推動(dòng),仿照荷蘭ASML公司構(gòu)建產(chǎn)業(yè)同盟。即以最先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)為目標(biāo),以實(shí)用為導(dǎo)向,拉攏最優(yōu)質(zhì)、對(duì)技術(shù)應(yīng)用最了解的客戶,與世界領(lǐng)先的供應(yīng)商合作,通過利益共同體的模式帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。這就要求我國(guó)在專注核心技術(shù)的前提下堅(jiān)持全球范圍內(nèi)的開放合作,通過對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的開放合作降低技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用成本,促進(jìn)技術(shù)快速迭代升級(jí)。
堅(jiān)持人才托舉。我國(guó)半導(dǎo)體人才培養(yǎng)應(yīng)堅(jiān)持以人為本,參照世界半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的人才從業(yè)模式,創(chuàng)造最適合、最能吸引人才的工作和生活環(huán)境,對(duì)中國(guó)籍、華裔和外國(guó)人才一視同仁,向歐洲、日本等國(guó)家和地區(qū)的人才敞開國(guó)門,鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)外人才以各種形式投身我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)建設(shè),發(fā)揮人才的溢出效應(yīng)。
對(duì)人才引進(jìn)不能只是刻板地引入,更要嘗試“外放”式人才引進(jìn),只要人才為我所用,可通過海外研究基地等模式挖掘人才,并將國(guó)內(nèi)人才送至海外基地培養(yǎng),堅(jiān)持引進(jìn)與培養(yǎng)“兩條腿走路”。
避免閉門造車式創(chuàng)新。日本尼康公司在與荷蘭ASML公司的競(jìng)爭(zhēng)中失敗的一個(gè)重要原因,是尼康堅(jiān)持自產(chǎn)自研的發(fā)展模式;不論是光刻機(jī)中的零件,還是關(guān)鍵技術(shù),尼康都希望通過自主研發(fā)獲得完全掌控。ASML則背靠荷蘭飛利浦,以歐洲精密機(jī)床和儀器為基礎(chǔ),以美國(guó)先進(jìn)技術(shù)為核心,與臺(tái)積電等制造公司緊密合作,堅(jiān)持互利共贏、開放合作的發(fā)展模式。
在半導(dǎo)體這個(gè)對(duì)技術(shù)要求苛刻、資金需求巨大的行業(yè)內(nèi),閉門造車式創(chuàng)新不僅成本過重,而且后繼乏力,更難以形成正向的產(chǎn)業(yè)循環(huán),我國(guó)應(yīng)引以為戒。
《硬科技:大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的前沿》,國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心國(guó)際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所、西安市中科硬科技創(chuàng)新研究院著,中國(guó)人民大學(xué)出版社2021年10月。
- 原標(biāo)題:美日推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈回流,國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)和半導(dǎo)體的未來 本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。
- 責(zé)任編輯: 吳立群 
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