中国布新一代光刻机 7纳米封装技术能否拯救华为

中国布新一代光刻机 7纳米封装技术能否拯救华为

　　不久前，作为中共召开十九届六中全会造势活动之一，“十三五”科技创新成就展在北京展览馆举行，中共总书记习近平(专题)等七常委悉数出席开幕式。中国科技重大专项“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”即“02专项”亮相展览，但由上海微电子研制的中国最新的28纳米光刻机SSA800仍未现身，展出的仍是应用于90纳米及以下的SSA600系列光刻机。不过，上海微电子新一代封装光刻机在展览前发布，中国国家科技大奖披露7纳米先进封装技术，曾经的世界光刻机巨头日本(专题)尼康（Niko）也宣布重返先进光刻机赛场。

　　此前，多维新闻在《中国28纳米光刻机最新进展曝光 四大核心零部件突破技术封锁》一文中详细梳理了“02专项”新一代光刻机关键技术发展现状，指出使用193纳米ArF光源的28纳米光刻机四大关键技术——照明系统与投影物镜、双工件台、浸液系统、光源均已实现突破，并依托相关公司实现技术产业化与量产。

　　四大关键技术中研发进度较快的领域，比如投影物镜领域，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所2017年就“突破了制约我国极紫外光刻发展的超高精度非球面加工与检测、极紫外多层膜、投影物镜系统集成测试等核心单元技术，成功研制了波像差优于0.75纳米RMS的两镜EUV光刻物镜系统，构建了EUV光刻曝光装置，国内首次获得EUV投影光刻32纳米线宽的光刻胶曝光图形”。

　　在四大关键技术突破并量产的基础上，上海微电子作为中国唯一的光刻机研究生产机构，将以此为基础研制出国产化的28纳米浸润式光刻机SSA800。此前曾有传闻称上海微电子28纳米光刻机将于2020年底验收，后又有传闻称将于2021年底验收，但至今仍没有传出任何明确的信息，是否再次延迟不得而知，倒是在封装光刻机领域上海微电子发布了新一代产品。

　　9月18日，上海微电子举行新产品发布会，宣布推出新一代大视场高分辨率先进封装光刻机，并称已经与多家客户达成协议，将于年底交付。在介绍技术细节时，上海微电子特别指出“满足异构集成超大芯片封装尺寸的应用需求”，所谓“异构集成”指将单独制造的组件集成到更高级别的组件或系统封装中从而实现性能提升，3D封装就是“异构集成”的一种。

　　在芯片发展如何突破摩尔定律上，业界曾有两种声音，一是不断提高芯片工艺制程，比如台积电即将量产3纳米工艺；一是发展先进封装技术，已出任中芯国际副董事长的前台积电首席运营官蒋尚义就持这一观点，而“异构集成”就是其中的路径之一。中国芯片产业在先进制程难以短时间内突破的情况下，通过先进封装技术提升芯片性能也不失为一条路，上海微电子新一代大视场高分辨率先进封装光刻机的交付，必将有益于中国先进封装技术的发展。

　　与此同时，11月3日揭晓的中国2020年度国家科学技术奖励名单中，由华中科技大学、华进半导体、中科院上海微系统与信息技术研究所、长电科技、通富微电、华天科技、苏州旭创、中电58所、香港(专题)应用科技研究院、武汉大学等联合参与完成的“高密度高可靠电子封装关键技术及成套工艺”名列其中，获得中国国家科技进步一等奖。

　　中国官方在介绍该项目时称，“项目团队提出了芯片-封装结构及工艺多场多尺度协同设计方法和系列验证方法，应用于5G通讯等领域自主可控芯片的研制，攻克了晶圆级扇出封装新工艺，突破了7纳米CPU芯片封装核心技术”，“解决了电子封装行业知识产权‘空心化’和‘卡脖子’难题，占领了行业技术制高点，实现了高密度高可靠电子封装从无到有、由传统封装向先进封装的转变”。

　　此外，项目完成单位还与中国国内企业合作研制了系列封装及检测设备，建立了多条封装柔性产线，产品覆盖通讯、汽车、国防等12个行业300多个品类。从项目参与者来看，既有华中科技大学、中科院上海微系统与信息技术研究所、武汉大学这样的研究机构，也有长电科技、华天科技、通富微电子这样的封测工厂，还有通富微电子、苏州旭创这样的下游用户，可谓中国科技创新领域“产学研”相结合的典范。

　　先进封装技术配合上海微电子新一代封装光刻机，算得上是如虎添翼。此前曾有传闻称，饱受美国制裁的中国通信制造商华为(专题)，正在试图通过先进封装技术提升芯片性能，以弥补高制程芯片被禁的难题，解决有无问题。如果这一消息为真，先进封装技术配合新一代封装光刻机，再配上华为在芯片领域的深厚功底，倒也不失为一条路。

　　中国芯片制造设备产业在进步，曾经的世界光刻机霸主日本尼康也不甘寂寞，宣布正在开发下一代NSR-S636E浸润式光刻机。日本的尼康与佳能（Canon）曾在世界光刻机市场占据统治地位，但在深紫外光刻机DUV阶段被率先押注浸液显影技术的荷兰阿斯麦（ASML）超越，进而在极紫外光刻机EUV阶段掉队阿斯麦独领风骚。据统计，在EUV光刻机市场，阿斯麦占据100%的份额；在浸润式ArFi光刻机市场，阿斯麦占88%，尼康占12%；在ArF光刻机市场，阿斯麦占63%，尼康占37%；在KrF光刻机市场，阿斯麦占63%，尼康占4%，佳能占33%。

　　值得指出的是，光刻机按照所使用的光源的波长，可以分为G（436纳米）、I（365纳米）、KrF（248纳米）、ArF（193纳米）以及EUV（13.5纳米）等几大类，ArF光源又分为浸润式（ArFi）与干式，浸润式光刻机ArF光源通过液体折射后可实现等效波长134纳米。目前，除阿斯麦量产EUV光刻机外，尼康当前最先进的是使用193纳米光源的NSR-S635E浸润式光刻机，分辨率为38纳米，尼康宣称可生产5纳米芯片；佳能最先进的光刻机FPA-6300ES6a使用的仍是248纳米KrF光源，分辨率为90纳米。

　　上海微电子已经量产的SSA600系列光刻机分辨率为90纳米，技术参数上与佳能相当，研制中的SSA800浸润式光刻机则追赶上了尼康的脚步，一旦研制成功将成为世界第三家能够生产浸润式光刻机的企业。外界大多将SSA800光刻机称为28纳米光刻机，如果SSA800分辨率为28纳米的话，那么在技术上其又要比阿斯麦与尼康的浸润式光刻机的38纳米分辨率要好。阿斯麦与尼康均宣称其最新型号的浸润式光刻机最高可支持5纳米工艺，28纳米分辨率的SSA800也不会太差。

　　尼康与佳能在光刻机领域曾经辉煌过，佳能似乎已经躺平，尼康仍有想法，但在被阿斯麦击败后真可谓江河日下，屋漏又逢连夜雨的是最大客户美国英特尔业绩低迷。2020年4月至9月，尼康仅售出9台光刻机，比2019年同期减少了一半，直接导致尼康裁员一成约2,000人。与此同时，2020年世界半导体制造设备销售额增长19%，达到约712亿美元，创历史新高，其中中国大陆市场更是暴涨39%，达187.2亿美元，超越台湾(专题)及韩国位居世界第一。

　　因而，日本半导体业内人士认为，中国正在加快推进半导体的自主生产，“尼康存在争取到中国半导体厂商的空间”。尼康在研发新一代光刻机NSR-S636E时，是否会有意识地搞出一款尽量降低美国技术含量乃至去美国化的光刻机，主打中国市场？可能性是存在的。事实上，日本在半导体领域技术积淀深厚，但在美国打压下已经沦为材料供应商，一些企业的日子并不好过。

　　比如世界两大光刻机激光光源供应商之一的日本Gigaphoton，在另一家供应商Cymer被阿斯麦收购后，Gigaphoton的处境极为艰难。以中国的半导体制造设备市场规模，是这些因种种原因在竞争中处于下风但又拥有一定技术的日本半导体企业最好的选择，他山之石也可攻中国半导体制造设备这块玉。当然，前提是要排除政治因素的干扰。

　　最后再回到上海微电子，去年曾有知情人士爆料称，由于华为在半导体行业大规模挖角，“我们公司除了总经理，基本上都接到了华为的电话。我有同事就被挖走了，而且是直接放下了手中的重要项目，直接走了”，逼得上海微电子总经理到上海市政府、工业和信息化部告状，声称搞得他们连“02专项”都完不成了。

　　这一事件的核心在于，上海微电子技术上长期处于追赶地位，无法通过已有技术获得高利润，进而导致员工待遇相对一般。解决之道还是在于技术上的突破，持之以恒地坚持，华为就是这样走过来的。华为的介入，正好可以做一条鲶鱼，提高半导体芯片行业待遇，吸引更多的优秀人才进入半导体行业，推动半导体行业发展，对上海微电子也不是什么坏事。