大突破! 国产5nm刻蚀机通过验证, 将用于台积电5nm芯片制造!
最后更新：2020-04-01 12:42:39 手机定位技术交流文章
最近，TSMC宣布将在2019年第二季度进行5纳米工艺风险试生产，预计在2020年进行大规模生产。同时，SMIC还向《上官新闻》透露了一个大消息。其自主研发的5纳米等离子刻蚀机已通过TSMC验证，性能优异。它将用于世界上第一条5纳米生产线。
值得一提的是，中国微半导体也是唯一进入TSMC 7纳米工艺蚀刻设备的大陆设备制造商。据报道，SMIC和TSMC之间的合作始于28纳米过程，并持续到10纳米和7纳米过程。
然而，微软半导体的辉煌业绩离不开尹志尧及其团队多年的努力。
他为了一个“中国核心”放弃了他在国外的百万美元薪水
研究表明，从2015年到2020年，中国半导体芯片产业投资将达到650亿美元，其中芯片制造设备投资将达到500亿美元。然而，中国95%的芯片制造设备是进口的，这意味着它需要花费480亿元人民币在国外购买设备。这也使得中国芯片制造设备的本地化成为一件非常紧迫的事情。
尹志尧在硅谷从事半导体行业20多年，曾担任世界最大的半导体设备公司美国应用材料公司总部副总裁。他曾被誉为“硅谷最有成就的中国人之一”，并参与了美国几代等离子蚀刻机的研发，拥有60多项技术专利。
2004年，当时已经60岁的尹志尧放弃了百万美元的年薪，带领一个30多人的团队突破了美国政府的层层审查(每个人都承诺不将美国技术带回中国，包括所有的工艺配方和设计图纸，从零开始)。他回到中国，创建了微软半导体公司。他想直接与芯片制造设备领域的国际巨头竞争，赢得一席之地。
成功打破外国垄断
等离子刻蚀机是芯片制造过程中的关键设备。它在芯片上进行微雕刻，以雕刻薄而深的接触孔或线。每条线和深孔的加工精度为毛丝直径的1/1000至1/10000。这就要求蚀刻机有很高的控制精度。
据介绍，一个16纳米的微逻辑器件有60层微结构，需要1000多个工艺步骤和数万个技术细节来处理。只看等离子刻蚀的关键步骤，其加工规模只有普通人发的五分之一，加工精度和重复性应该达到百万分之一。这说明了困难。
长期以来，蚀刻机的核心技术一直被国外制造商垄断。尹志尧在2004年回国创办微型半导体时，就把目光投向了蚀刻机械领域。
当微软首次涉足集成电路芯片介质刻蚀设备时，它推出了65纳米等离子介质刻蚀机产品。随着技术的进步，它一直达到45纳米、32纳米、28纳米、16纳米和10纳米。现在7纳米刻蚀机产品已经在客户的生产线上运行，5纳米刻蚀机即将被TSMC采用。
“在米粒上刻字的微雕刻技术中，一般只能雕刻200个字，而我们的芯片等离子刻蚀机的加工技术相当于在米粒上雕刻10亿个字。”中国微电子首席执行官尹志尧曾这样描述它。
经过多年的努力，中国微半导体凭借自身的实力打破了这一领域的技术封锁，成功地将中国列为第一批国际蚀刻企业。
中国微电子首席专家、副总裁倪图强博士表示，蚀刻设备曾是一些发达国家的出口管制产品，但近年来，这种高端设备已从出口管制清单上消失。这表明，如果我们突破“瓶颈”技术，出口限制将不复存在。现在，中国微电子与潘麟、应用材料、东京电子和日立四家美日企业组成了第一个国际梯队，为7纳米芯片生产线提供蚀刻设备。
(SMIC注意:美国商务部在2015年宣布，由于中国的一家非美国设备公司生产的等离子刻蚀机的质量和数量与美国设备公司相同，中国刻蚀机的出口管制已被取消。)
他还表示，TSMC将在明年的5纳米进程中发挥主导作用。经过验证的国产5纳米蚀刻机有望获得比7纳米生产线更大的市场份额。
值得一提的是，2016年，中国微电子获得了国家集成电路产业基金(大型基金)4.8亿元的投资，成功成为中国芯片制造领域的国家团队。这也凸显了对中国微中型半导体在中国半导体设备领域的贡献和地位的认可。
面对外国竞争者的挑衅，他们赢得了许多战争。
也许正是由于半导体设备领域中微型和中型半导体的迅速发展，外国竞争者提起的知识产权诉讼也受到了吸引。
第一次攻击是针对尹志尧的老雇主美国应用材料公司。2007年，美国应用材料公司以侵权为由起诉中国微电子，但证据一直很薄弱(尹志尧和他的团队成员在离开美国时没有带走任何工艺配方和设计图纸，随后的产品设计也回避了对方的专利)。中国微电子抓住机会及时反诉对方的不正当竞争。很明显，申请材料公司对这种情况准备不足，最后不得不撤回诉讼和解。
2009年，另一家美国大公司科林·R&D在台湾起诉微软侵犯其发明专利。微软半导体积极回应，并提供证据证明其专利无效。科林的相关专利在两次法庭审判中被裁定无效。台湾“知识产权局”第三次撤销了科林的一项专利。随后，科林向“知识产权局”提起行政诉讼，要求审批，但又被驳回。
2016年，在接受媒体采访时，中国微电子还详细讲述了其在处理美国行业巨头长达五年的侵犯商业秘密和专利诉讼中的成功经验，最终赢得了“一退四赢”。
当时，中国微电子半导体公司高级知识产权总监蒋表示:“中国微电子在知识产权方面相当谨慎，在公司成立初期就成立了专门的知识产权团队，未雨绸缪，对可能出现的知识产权纠纷进行了大量的分析和调查。在海归研发团队的一些核心成员返回中国加入之前，中国微已经让他们签署了一份承诺，不从原单位带走技术秘密”。
2017年11月初，美国金属有机化合物气相沉积设备公司的设备工厂Veeco宣布，美国纽约州东部地区法院已同意对SGL碳有限责任公司(SGL)发出初步禁令，禁止SGL销售使用Veeco专利技术的金属有机化合物气相沉积设备公司使用的晶片载体(即石墨盘)，包括中国金属有机化合物气相沉积设备制造商专门为微型半导体设计的石墨盘。Veeco的行动是针对微型和中型半导体。
作为回应，一方面，中国微电子积极发展第二和第三渠道的供应商；另一方面，Veeco在中国因专利侵权被起诉。
微软半导体披露称，它于2017年7月正式向福建省高级法院起诉上海维科，指控其涡轮磁盘EPIK 700 MOCVD设备侵犯了微软在基板托盘同步锁定方面的中国专利，要求其停止侵权行为，并要求赔偿数亿元。在微半导体提起诉讼后，维科上海向国家知识产权局专利复审委员会(以下简称“专利复审委员会”)提出了微半导体专利的无效宣告请求。
同年11月24日，专利复审委员会作出审查决定，驳回了维科上海公司的专利无效宣告申请，确认维科上海公司提出的涉及维科上海公司专利侵权的专利为有效专利。
2017年12月8日，福建省高级人民法院批准了关于禁止Veeco Shanghai进口、制造、向任何第三方销售或承诺销售任何化学气相沉积设备和用于此类设备的基板托盘的申请，该申请侵犯了MicroSoft的CN 202492576专利。该禁令将立即生效，不得上诉。
中国微电子赢得了与维科上海的官司，成功打击了维科通过专利战攻击中国微电子的企图。
“在过去的11年里，微软曾被美国主要设备公司轮番起诉，但我们一直处于不败之地，因为我们拥有强大的知识产权防线，并完全遵守美国和其他国家的知识产权法。”今年7月，尹志尧在接受《观察家网》采访时表示。
坚持自主创新，拥有800多项专利
然而，面对国外竞争对手的挑衅，在屡战屡胜的背后，是中国微电子通过长期的自主研发获得的优秀自主技术专利。
据了解，目前中国微型反应堆的输送量已超过582台。单反应器等离子体蚀刻设备已交付给韩国领先的存储器制造商；这是业界首次将双级介质等离子体蚀刻和光刻胶剥离反应室集成在同一平台上。
与此同时，中国和微软的一些基础研发也在不断跟进先进技术，以确保产品研发能够紧跟甚至引领国际技术发展水平。
首席专家兼微型半导体副总裁也表示，蚀刻尺寸也与芯片温度一一对应。自主研发的微型半导体元件，使刻蚀过程中的温度控制精度保持在0.75摄氏度以内，达到国际领先水平。
气体喷淋板是蚀刻机的核心部件之一。微机械半导体和其他国内技术公司已经开发了一套创新技术。通过这一系列技术生产的金属陶瓷具有非常精细和致密的晶粒。与进口喷雾盘相比，国产陶瓷涂层喷雾盘的使用寿命提高了一倍，但成本不到五分之一。
正是由于蚀刻机及相关领域的不断突破和创新，蚀刻机中小尺寸半导体的市场份额迅速增长。
据数据显示，截至2017年8月，中国微电子拥有500多个中型蚀刻反应器，在国内外27条生产线上生产了4000多万片晶圆。与此同时，SMMC还开发了一种12英寸感应等离子体等离子体蚀刻器。此外，微软还开发了8英寸和12英寸的TSV硅通孔刻蚀设备，不仅占据了国内市场约50%的份额，还进入了台湾、新加坡、日本和欧洲市场，尤其是微电子机械系统领域，拥有意法半导体(ST)和博世(BOSCH)等主要国际客户。
在专利方面，SMIC已经申请了800多项相关专利，其中大部分是发明专利，一半以上已经获得授权。
目前，在尹志尧的团队精英中，已有数百人成为美国和世界一流芯片和设备企业的技术骨干，其中大部分拥有20至30年以上的半导体设备研发和制造经验。此外，这些工程师必须具备50多种物理、化学、机械、工程技术等专业知识背景。
今年4月，首席执行官尹志尧公开表示，目前中国微电子在全球共建造了582座蚀刻反应器，预计今年将增至770座。目前，微中型半导体产品已进入第三代10纳米和7纳米工艺，并已进入晶圆厂验证生产阶段，即将进入下一代5纳米甚至3.5纳米工艺。
尹志尧表示，未来十年，公司将继续开发新产品，扩大市场份额。中国和微电子的目标是在2020年达到20亿元人民币，在2050年达到50亿元人民币，并进入前五名的国际半导体设备公司。
5纳米蚀刻机是什么意思？
然而，值得注意的是，5纳米微中型半导体刻蚀机的成功开发和TSMC的采用并不意味着中国大陆可以生产自己的5纳米工艺芯片。因为芯片生产过程非常复杂，蚀刻只是许多关键环节之一。
然而，为了吸引眼球，许多自媒体经常故意夸大事实，并以5纳米刻蚀机为突破口，大肆宣传“中国已经打破了外国垄断，掌握了5纳米技术”和“中国已经可以制造5纳米芯片”。
在去年接受中央电视台媒体采访时，尹志尧说，“世界上最先进的芯片生产公司，如英特尔、TSMC和三星，已经拥有成熟的14纳米生产，并将很快进入10纳米和7纳米的生产。因此，我们必须提前。5纳米到今年年底将基本固定。现在进展非常快，差不多一两年就有一代人，所以我们非常紧张。”
显然，尹志尧指的是视频中的5纳米刻蚀机。然而，接下来的采访被大量媒体断章取义，不顾事实大肆吹嘘。尹志尧被迫在朋友圈里发表一篇文章驳斥这一谣言:“中国和微特不是在制造芯片，而是为芯片工厂提供设备。”“这种堕落的写作风格误导了国家和人民，给真正努力工作的科学家和工程师增加了麻烦。”
尹志尧在今年的一次采访中再次强调:“宣传要实事求是，不要夸大其词，不要引人注目。它是无中生有的，并且无限期地处于最顶端。据说我们的刻蚀机可以加工5纳米的器件，这只是100多个刻蚀步骤中的几个。”
事实上，正如我们之前所说的，蚀刻只是芯片制造中的许多关键环节之一。虽然在先进工艺的蚀刻设备领域取得突破是令人欣慰的，但中国在光刻等其他领域仍然落后。目前，在中国发展最快的上海微电子，只实现了90纳米光刻机的国产化。
当然，我们不能贬低自己。除了微型和中型半导体外，许多国内半导体设备制造商也在一些相关领域的先进加工设备方面取得了突破。例如，在14纳米领域，硅/金属蚀刻机(北华创)、薄膜沉积设备(北华创)、整体退火设备(北华创)和清洁设备(上海梅生)已经成功开发，并正在被客户验证。
我相信，随着国内半导体设计和设备制造商的努力以及中国半导体市场需求的快速增长，中芯将变得越来越强大。
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