总的步骤,到了5纳米的时候,最新的数据是2000个步骤,才能做出来,原来是1000多个步骤。
但是这样2000步的步骤中,加工的步骤,大概1000多步。另外八九百步呢就是测试,你每次做完都要测,每次测试也需要设备,虽然测试不影响你加工的结果。加在一块呢,2000次,够复杂的。
这里有个问题呢就是关于合格率的问题,这是我们最大的困扰。什么叫合格率,简单的数学。
如果某一个步骤是99%合格率,刚才说刻一个孔,下面底部的直径不能小于顶端直径的十分之一,如果小了就不合格。如果每个步骤合格率达到99%的话,加工一千次下来合格率就是零了。
如果每次合格率99.9%,那0.999的一千次方变成52%,这也不行,一个芯片生产公司要做到合格率80%到85%以上才赚钱,合格率80%以下就赔钱了。
每一步的合格率一定要做到99.99%,一千次后才能达到90%。现在最先进的芯片生产线可以做到92% 的合格率,也就是反过来讲,一千多步,每一步都要99.99%,也就是一台刻蚀机每年要刻100万万亿个孔,每个孔都要刻准到头发丝的1万分之一到10万分之一这么准,有点不可想象。
刚才讲那个倒三角形是整个数码世界的图像,我把它翻过来去做分析。就是在国际上有多少公司能够做这样的东西。
软件和电商这种产业,大到阿里巴巴,小到一个人在家里就可以开公司,就可以做软件卖,对吧?美国中国很多人都在家卖的。所以全球有多少公司没人数过,大概几百万个公司都可以做软件。
但是全世界做电子系统,我估计有十几万到几十万公司,包括做电子玩具的,大的像华为之类。那全世界会芯片制造的公司有多少个?能够数得上的就一百多公司,其中真正好的就25个公司。华力和中芯国际属于全世界前25家。
芯片制造前三家,英特尔台积电三星,三星今年的设备投资建厂投资就是240亿美元。一个公司比中国全国的投资还多,就非常垄断了。
再往下数,台湾有一家联电,韩国有海力士,日本原来是有十几个公司,现在数得上前8家只有东芝了。美国还有两家,一家叫Micron美光,原来专门做memory的,现在英特尔决定把memory全在中国做,在大连非常大的投资。
英特尔早期就是做memory的,我84年去英特尔中心研发部就做存储器EPROM的。后来英特尔集中力量做逻辑器件的CPU了。然后还有一个格罗方德,是中东的阿布达比的投资商,在美国建立一个叫全球晶圆,国际上就这八家。
现在越来越垄断,这个八家就生产,全世界大概80%以上的晶圆。那看设备公司,就更集中了。设备公司可以数得上大概就30个,能做纳米技术。
这里边十个主要公司分成三类,一类呢就是光刻机,就ASML一家。然后一类呢就是工艺设备,就是我们这类设备,就是应用材料公司,Lam Research,美国两家,日本东京电子,三家。还一类就是做测试设备的公司,叫KLA-Tencor,占全世界50%以上的测试设备。
应用材料公司是占全世界50%以上工艺设备,这样一个局面。应用材料公司和Lam Research、东京电子这三家做工艺设备的公司都是做刻蚀机起家。
为什么?因为刻蚀机是工艺设备最难做的一个,如果你这公司只能做薄膜,长不大,你公司必须首先刻蚀机站住脚,再去做薄膜,或者再去收购一些国外的公司,就全了,然后再去做其他设备,一共有十类设备,除了光刻除了测试设备,还有七八类可以做。像刚才抛光机也是一种,还有镀铜、离子溅射、物理薄膜。
我在84年进入英特尔中心研究开发部时,这些设备公司很小,小到十几个人,大到一两百,两三百人。
刚刚开始从湿法刻蚀,发展到真空的干法刻蚀,正好在转换的时候,我在那做了两年以后,因为我的兴趣在做设备,我的专长是做化学物理反应器的,在国内已经做了十年了。
在英特尔我负责测试LamResearch做的介质刻蚀机,因为早期的单片刻蚀机很不成熟,我给Lam的设备提了很多意见,后来他们就把我拉去做刻蚀机,从86年加盟后,开发了彩虹号电容性介质等离子体刻蚀机,也开始了电感性等离子体源ICP技术的开发,五年后Lam成为国际最大的刻蚀机公司,占了国际市场40%以上。
当时有30多个公司竞争,结果Lam就脱颖而出了。后来Lam去收购做薄膜的公司,但当时公司在管理上出了很多问题。本来应用材料公司做老一代刻蚀机,后来又做不过Lam。我又被应用材料公司拉去,在应材工作了13年多,帮助应用材料做出了几种成功的刻蚀机,使应材的刻蚀机业务做到世界最大,占了国际市场40%多。
我在Lam的时候呢,和东京电子合作,当时他们是一个销售公司,不会做设备,只会做销售服务的。后来Lam把他们教会了做刻蚀机。我们现在有不少人是从这三个公司出来的。
刚才讲的这个市场是半导体前端设备,不算后端封装,就芯片加工设备的前端,基本上三个阶段。
80年代起步,涨得比较快,到2000年的时候已经进入300亿水平了。但是后来十来年呢没有太长足的发展,有点上下波动。
到了2015到2016年以后,又在迅速的增长。
最近几年一直看好,今年可以做到450亿,到了2025年预计会到720亿。原因是做芯片的步骤越来越复杂,而且设备越来越贵,终端应用也是日新月异。
你看那起起伏伏的,其实每一次的高潮都是一个单一产品,比如2007年高潮是手机,2000年这个internet,过去还有PC出来,还有电子表出来,每一个产品就形成一个高潮。
但是到现在为止,因为芯片已经进到老百姓的生活的所有层面,包括工业界所有层面,所以它更多和经济发展就同步了,不是说一个单一产品出来,一窝蜂,所以增长幅度就降低了。
最近的应用越来越多,所以它发展速度还是最快。从技术的进步来讲,把最先进公司的技术拿来做个比较,大概得出结论是这样,一年半左右就往前走一代。
14纳米进入大生产的时间,平均在2014年底2015年初。10纳米就是在2016年中。7纳米是去年进入生产,2017年底。5纳米今年夏天进入试生产,明年会大生产。
国际上的进步大概一年半一代,而中国呢,目前40纳米比较成熟,28纳米还不能算完全成熟。所以我们和国际上差三代,现在有更加落后的可能,因为国际上进展太快。
网上传的说当国际大腕还在开发10纳米和7纳米器件时,中微已宣布率先搞定5纳米技术。写这个文章的人把芯片器件和设备混淆起来,为吸引眼球,夸大宣传,这种文风一定要纠正的。
我们的设备性能是很好,可以加工5纳米器件,而且我们有双台机的设计,国外都是一次加工一片,我们有一个很巧妙的设计,一次可以加工两片,输出量大,成本低。
但是只靠刻蚀机是做不出器件的。其实我们不做器件,我们只做设备,然后像台积电、中芯国际买我们的设备去制造芯片,要十种不同的设备混合作战,当然刻蚀机是除光刻机以外最关键的设备。
台积电把我们作为五大等离子体刻蚀设备厂商之一,就是应用材料、Lam、东京电子、我们还有一个日立的分公司。我们势头非常好,但是我们的市场占有率还是很有限的。还要不断提高5纳米刻蚀应用的市场占有率。我们的前景会很好。