摘要:一位半导体设备厂商内部人士向芯智讯爆料称,“华为近期搞到了上海的几家半导体设备厂商的员工通讯录,挨个打了电话。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。”

华为强势挖角设备厂,5nm光刻机两年内投入量产?-芯智讯

今年5月15日,美国针对华为推出了新的出口管制措施,禁止华为使用美国的EDA软件来设计芯片,同时晶圆代工厂也无法使用美国的半导体设备来为华为生产芯片。因此,华为的芯片设计和芯片制造都陷入了巨大的困境。

近日,台积电在法说会上也公开表示,在美国给出的120天的宽限期过后(9月14日之后),台积电将不再为华为代工芯片。同此外,中芯国际也曾在其招股书中表示,未来将无法用美国的半导体设备为华为代工芯片。而且,台积电和三星都曾表态,不会为华为建不含美系设备的产线。

那么华为要如何解决自研芯片的制造问题?自建不含美系设备的芯片产线或成为一种可能。

一、华为强势挖人,准备涉足设备制造还是自建产线?

其实,在芯智讯之前的文章《华为会自建晶圆厂吗?EDA怎么办?》当中,我们就有提到,从上个月开始,华为就有从很多设备厂商挖一些相关人才。

上周,一位半导体设备厂商内部人士向芯智讯爆料称,“华为近期搞到了上海的几家半导体设备厂商的员工通讯录,挨个打了电话。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。”

华为的强势挖人战术甚至惹恼了不少国产半导体设备厂商的老总。“SMEE(上海微电子)的老总都到上海市政府领导那里去投诉了。”一位半导体设备厂商内部人士向芯智讯吐槽到。

近日,芯智讯再次采访相关设备厂商业内人员时,对方向芯智讯表示,“前段时间华为电话打得比较密集,近期没什么动静了,应该是招到了不少人。上次SMEE的老总都闹到了工信部,因为华为‘挖墙脚’搞得他们家02专项都要完不成了。”

显然,从这些方面的消息来看,华为似乎是真的是要涉足半导体设备领域。

不过,一位被华为招募的半导体设备厂商员工表示,“华为没有直接说要做设备,可能是要搭建不含美系设备的产线”。

但是就在上周,芯智讯参与华为内部的一个座谈会时,华为内部的一位发言人却表示,“华为不会自建产线。”

至于原因,主要有以下几个方面:首先,华为一直都有强调,其只会聚焦于自己的核心能力;其次,晶圆制造需要巨大的资金投入,一座先进晶圆厂的投入,动辄需要上百亿美元,比如台积电计划在美国建设的5nm晶圆厂,预计的投资就高达120亿美元;第三,晶圆代工领域需要长期的技术积累和投入,不论是台积电还是三星,其在晶圆制造领域都已深耕了数十年才有今天地位;第四,晶圆制造是一项非常复杂工作,不论是三星还是台积电,都是依靠全球半导体设备厂商、材料厂商的配合才得以有今天的成功。

确实,卡住华为自研芯片制造的并不是单单是产线本身,而是产线所需的一系列的关键的半导体设备。特别是在先进制程的芯片制造产线上,可能很难离开美国半导体设备。(虽然低端制程的产线可能比较容易实现去美化,但是对于华为来说实际意义不大。)所以,现在来谈自建产线还为时尚早,首先需要解决的问题是,如何实现所有芯片制造的关键环节的设备都能够不被美国卡脖子。

但是,华为真的准备自己来做半导体设备了吗?半导体设备种类繁多,华为不可能所有的都自己来做,即使是只做那些可能会被美国卡住的半导体设备,仅凭华为一家企业也搞不定,而且那样也将会使得华为完全偏离了现在的主业。所以,如果真的要做设备,只会做最为核心的卡脖子的设备。

二、卡脖子的关键:半导体设备

事实上,晶圆制造整个环节需要:氧化炉、涂胶显影设备、光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜沉积设备(包括PVD、CVD、ALD等)、化学机械抛光机、清洗机、晶圆检测设备等。此外,在IC封测环节还需要经过切割、装片、焊线、封装等环节,也需要很多的设备。可以说,任何一个设备环节被卡住,所有的努力就将付诸东流。

华为强势挖角设备厂,5nm光刻机两年内投入量产?-芯智讯

芯智讯此前曾在《为华为打造无美系设备的产线,台积电三星能做到吗?》一文当中就有详细介绍美国厂商在半导体设备领域的强势地位。根据美国的半导体行业调查公司VLSI Research发布的按销售额排名的2019年全球前十大半导体设备厂商来看,依然是美国应用材料排名第一,泛林半导体排名第四、科磊排名第五,此外,美国的泰瑞达也是全球前十的半导体设备厂商。

华为强势挖角设备厂,5nm光刻机两年内投入量产?-芯智讯

以半导体设备市场排名第一的美国应用材料公司为例,2018年应用材料在沉积设备领域的份额为38%。另外有数据显示,在全球 PVD(Physical Vapor Deposition)设备市场,应用材料拥有近 55%的份额,在全球 CVD(ChemicalVaporDeposition)设备市场份额也达到了近 30%;在CMP市场,应用材料份额更是高达70%;在离子注入机市场,应用材料的市场份额也高达70%。

华为强势挖角设备厂,5nm光刻机两年内投入量产?-芯智讯

在刻蚀设备市场,泛林半导体也有着极高的市场份额。根据2017年的全球销售额来看,泛林半导体占全球刻蚀设备45%的市场份额,排名全球第一,其中导体刻蚀约占全球50%以上的市场份额,全球第一;介质刻蚀约占全球20%以上的市场份额,全球第二;CVD约占全球市场20%左右的市场份额,全球第三。

在全球半导体前道检测设备市场,美国的科磊、应用材料也排在前列。根据 2018 年 SEMI 数据,科磊在全球半导体前道检测设备市场占比高达52%、稳居行业第一,堪称半导体检测设备领域王者,其次是应用材料占比12%,这两家美国厂商市占率合计达到64%。

虽然目前国产半导体设备厂商在刻蚀机、PVD、CVD、清洗机、氧化/退火设备等方面,已经可以进行一些国产替代(主要还是集中在28nm及以上制程),但要想在14nm/7nm制程上完全避开美国的半导体设备难度极高。

华为强势挖角设备厂,5nm光刻机两年内投入量产?-芯智讯

△以长江存储2017Q4-2019年招标设备中标数据作为参考(长江存储已量产的64层3D NAND采用的是应该是38nm制程)

另外,在半导体制造的核心设备——光刻机市场,目前全球光刻机市场主要被ASML、佳能以及尼康所垄断,这这三家供应商占据了全球99%的市场。其中ASML 在高端市场一家独大,且是全球唯一的EUV 光刻机供应商。

而中国的国产光刻机厂商上海微电子目前最先进的还是90nm,其传闻中的28nm光刻机等到2021-2022年才能交付。但是要想造出能够生产华为目前所需的7nm/5nm制程芯片的光刻机,则更是困难重重。

三、华为自研5nm光刻机,两年内量产?

7月21日,网上出现了两则关于华为将自研光刻机的传闻。

一则是微博上一位数码博主发布传闻称,华为成立了光刻机部门,将自研光刻机,前期评估5nm光刻机将两年内投入量产。(这里所说的5nm光刻机,指的是能够生产5nm芯片的光刻机)

华为强势挖角设备厂,5nm光刻机两年内投入量产?-芯智讯

另外一则传闻则称,华为集合了数万人,封闭研发,每天工作12-16小时,争取两年内实现14nm光刻机的导入。

华为强势挖角设备厂,5nm光刻机两年内投入量产?-芯智讯

这两则传闻乍一看确实挺令人振奋的。但是实际上这两则传闻确实有些夸张,可信度较低。

而之所以有这样的传闻,则可能与近日网上曝光的华为招聘“光刻工艺工程师”的招聘信息有关。

华为强势挖角设备厂,5nm光刻机两年内投入量产?-芯智讯
华为强势挖角设备厂,5nm光刻机两年内投入量产?-芯智讯

但是,如果仔细看招聘信息的内容的话,可以看出,这个“光刻工艺工程师”职务要求主要还是与芯片制造相关,跟研发光刻机没半毛钱关系。

1、华为2016年就开始研发光刻机了?

不过,今天倒是有网友翻出了华为在2016年申请的一项名为“一种光刻设备和光刻系统”的PCT专利。由此也使得很多网友认为,华为可能早在2016年就已经开始研发光刻机了。

华为强势挖角设备厂,5nm光刻机两年内投入量产?-芯智讯

▲图片来源:@数码兽

但是,即使2016年华为有申请与光刻机相关的专利,也并不代表当时华为就已经开始自研光刻机,这完全是两个概念。因为有些时候一个不错的想法就能够去申请专利,但是从专利到实际的设备,还差着十万八千里。

此外,芯智讯通过查询相关资料发现,这项名为“一种光刻设备和光刻系统”的PCT专利的发明人弗洛里安·朗诺斯似乎也并不光刻机技术方面的专家。因为,除了2016年的这项与光刻机相关的专利之外,弗洛里安·朗诺斯自2017年以来作为发明人的由华为申请的专利则全部与内存及存储技术相关,再也没有了与光刻机相关的专利。

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同样,芯智讯通过度衍专利检索平台,以“光刻”二字作为关键词,检索华为在国内已公布的所有相关专利,但是很遗憾,只有前面那一项名为“一种光刻设备和光刻系统”的专利。

华为强势挖角设备厂,5nm光刻机两年内投入量产?-芯智讯

此外,芯智讯也登陆了欧洲专利数据库(espacenet.com)以“光刻”( photoetching)作为专利的标题或简介的关键词,检索了华为所有在欧洲专利局注册的专利,虽然有返回两个结果,但是实际上也与光刻机没有任何关系。

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此外芯智讯还检索了photolithographic process、photolithography等关键词,也是一样没有发现一件与光刻机研发相关的专利。

显然,如果华为早在2016年就已经开始自研光刻机的话,那么这四年来必然会在国内外申请一系列与光刻机相关的技术专利,但是很可惜,自始至终也只有前面提到的那一项专利。

所以,基本可以肯定,华为在今年之前并未真正展开过对于光刻机的研发。

作为对比,我们可以来看看ASML和上海微电子的相关专利数据。

根据公开的信息显示,截至2018年初,ASML在全世界范围内约有12000件专利和专利申请,在中国的专利申请达到1326件。并且几乎所有的专利集中在光刻机及其零部件上。而ASML当时的员工就有160000人,其中大部分都是研发人员。这也足见先进光刻机研发需要的人才投入。

至于上海微电子,目前员工数量大概在1000人左右,截止2020年5月,上海微电子(SMEE)所持有的各类专利以及专利申请数量已经超过3632项。但是与ASML相比仍是差距巨大。

2、EUV光刻机的研发到底有多难?

前面我们提到,目前全球光刻机市场99%的市场都被ASML、尼康和佳能这三大巨头所占据。而这个市场格局是经过了数十年市场竞争才最终形成的。

早在1970年,佳能就推出了首款半导体光刻机PPC-1,今年是这款光刻机发售50周年。1980年代,尼康也开始进入半导体制造领域,至今也有了40年的光刻机研发历史。现在光刻机市场的老大ASML在1984年就成立了,至今也有了36年光刻机研发历史。

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△1970年佳能生产的日本首台半导体光刻机PPC-1

可以看到,目前光刻机市场的三大巨头在光刻机领域无一不是经历了持续数十年的研发和市场竞争才有了今天的地位。而ASML之所以能够成为EUV光刻机的唯一供应商,也离不开台积电、三星、Intel等晶圆制造巨头多年来,给钱、给订单、免费当“小白鼠”式的鼎力支持。

即便是国产光刻机龙头上海微电子,其自2002年成立至今也有了近20年的光刻机研发历史,但是其目前最新的90nm光刻机也仅仅是ASML十多年前的水平。显然,通过上面的介绍我们可以看出,光刻机的研发的是需要长期的技术积累的,不可能一蹴而就。

华为强势挖角设备厂,5nm光刻机两年内投入量产?-芯智讯

△上海微电子90nm光刻机

那么研发光刻机,到底有多难呢?上海微电子总经理贺荣明曾表示:“SMEE最好的光刻机(90nm分辨率的光刻机),包含13个分系统,3万个机械件,200多个传感器,每一个都要稳定。像欧洲冠军杯决赛,任何一个人发挥失常就要输球。

而ASML的EUV光刻机则拥有超过10万个零件,更是极为复杂,对误差和稳定性的要求极高,并且这些零件几乎都是定制,90%零件都采用的是世界上最先进技术,甚至一些接口都要工程师用高精度机械进行打磨,尺寸调整次数更可能高达百万次以上。

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可以说,光刻机是一套集合全球最先进技术的精密系统,不论是ASML、佳能、尼康,其光刻机的很多核心部件则都是由全球各地的供应商所提供的。

资料显示,在AMSL的EUV光刻机的10万个零配件当中,其中有8万多个精密零件来自全球40多个国家,而其核心零部件则主要来自于欧美日韩以及中国台湾。比如,ASML的光刻机的光学镜头来自德国蔡司,光源技术来自美国的Cymer(已被ASML收购),最新的EUV光刻机的光源则来德国Trumpf。

但是,由于瓦森纳协定的存在,像EUV光刻机及其核心部件这些掌握在欧美厂商手中的尖端设备和技术是禁止对中国出口的。此前中芯国际花1.2亿美元订购的ASML EUV光刻机就被美国和荷兰政府阻挠无法发货。

所以,对于华为来说,如果真的要自研出可以供自己使用的高端光刻机,其最大的难点并不组装出一台高端光刻机,而是搭建起一条不被美国卡住脖子的高端光刻机供应链。

3、两年内推出自研光刻机的可能性有多大?

从芯智讯前面介绍的华为到上海微电子等设备厂商挖人的消息来看,华为确实有自研光刻机的可能性存在,但是要说两年内就能实现能够生产14nm甚至是5nm芯片的光刻机的量产,这个就明显太过于夸大了。

首先,如果要制造5nm及更先进制程的芯片,就必须要用到EUV光刻机。而EUV光刻机研发难度有多高,前面的介绍大家应该有了一定了解。华为要自研EUV光刻机,就必须要绕过ASML的庞大的专利体系。

其次,除了技术和专利上的难度之外,如何搭建起一条不被美国卡住脖子的高端光刻机供应链才是更大的难题。前面提到,即便是强大ASML,其EUV光刻机的80%的零部件也都是由全球供应商供应的,主要来自欧美日韩及中国台湾。但是由于瓦森纳协定的存在,ASML的EUV光刻机的很多核心零部件供应商是不太可能向华为供货的。而目前国内的光刻机核心零部件供应商的产品在性能与精度上与国外还是有着较大的差距。

所以,华为即使决定自研光刻机,其也仍然面临着很多核心零部件供应上受限的难题。难道,华为又要去自研光刻机所需的所有可能受到美国限制的核心零部件?这显然不太现实。

那么问题来了!作为一家从未涉足过光刻机研发领域的企业,现在才组建团队,两年后就能绕过ASML的专利,解决数万中尖端零部件的供应问题,造出能生产5nm芯片的EUV光刻机,超越佳能、尼康等老牌光刻机厂商,打破ASML的垄断?就因为这家企业是华为,所以就没有什么不可能?

当然这里并不是说,华为下定决心来研发光刻机,就一定无法成功,而是说华为两年内根本无法实现可以生产5nm芯片的光刻机的量产。

那么华为如果自研DUV光刻机,有可能在两年内实现14nm光刻机的导入吗?对于这则传闻,确实有一定的可能性,但是可能性比较低。

虽然DUV光刻机相比EUV光刻机难度降低了很多,但是还是那句话,对于从未涉足过光刻机研发领域的华为来说,要想绕过更为成熟的DUV光刻机市场的佳能、尼康、ASML等巨头的专利,并且解决光刻机所需的数万个零部件的供应问题,两年内就能出成果,这种可能性很低。

要知道已经在光刻机领域深耕近20年上海微电子,其目前最先进仍是90nm光刻机,而其传闻中的28nm分辨率的光刻机也要等到2021-2022年才能交付。如果,上海微电子这么容易就被刚入行的华为反超,难道上海微电子的人都是吃干饭的?既然如此,华为为什么还要去上海微电子大量的挖人?

另外需要指出的是,上海微电子研发中的28nm分辨率的光刻机可以用于14nm芯片的生产,多次曝光情况下,甚至可以生产12nm的芯片。既然两年内,上海微电子的可以生产14nm芯片的光刻机就能出来,为何华为不选择与上海微电子合作,却要挖墙脚,另起炉灶自己来做光刻机?这显然风险更大。

我们都知道,一款华为旗舰手机从立项到量产也都要一年多,甚至两年的时间。即使华为真的准备自研光刻机,也是需要巨大的资金、人才投入和长期的研发积累才能实现。为什么会有人会认为,才刚刚开始组建团队的华为,仅仅用两年就能自研出光刻机,而且还能达到甚至超过佳能、尼康、上海微电子等老牌光刻机厂商的水平,难道光刻机的研发难度只是与一款旗舰手机相当?

小结:

根据芯智讯得到的消息来看,华为目前确实有去很多半导体设备厂挖人,比如国产光刻机厂商上海微电子就被挖走了不少人,从这方面来看,华为确实有可能计划自研光刻机。

但是,即便华为现在开始自研光刻机,要想两年内推出能够生产5nm芯片的光刻机,可能性极低。如果将时间周期再放长个几年,倒是可能性更大一些。

不过,即使未来华为的自研光刻机能够获得成功,其依然还是需要与众多的非美系半导体设备厂商进行协作,才有可能搭建出一条不含美系设备的先进制程产线。因为光刻只是芯片制造众多关键环节中的一个,华为不可能把所有可能被美国卡住的半导体设备全都自研了。

可能不少网友觉得,只要华为下定决心去自研,没有什么不可能的!好吧,就算华为能力超强,凭借一己之力能够把所有美国能卡住的半导体设备都自研了,都突破了,但是如果这个时候,美国又来禁半导体材料呢?难道华为又要去自己造半导体材料?

作者:芯智讯-浪客剑