一直以來,芯片廠商都將先進制程作為競爭的目標,將摩爾定律奉為圭臬。
然而,在這個過程中,隨著集成電路制程節(jié)點的不斷演進,工藝復雜程度不斷增加,良率變得極具挑戰(zhàn),成為阻礙行業(yè)發(fā)展的一大難點和技術瓶頸。
如果說先進制程代表晶圓廠技術的領先性,那么產(chǎn)品良率就代表著其產(chǎn)品的可靠性和經(jīng)濟性。
有數(shù)據(jù)統(tǒng)計,對于尖端的邏輯晶圓廠而言,1%的良率就意味1.5億美元的凈利潤。通常晶圓廠良率要達到85%以上才能順利量產(chǎn),否則良率過低不僅意味著虧損,也代表其工藝劣質(zhì)低效,進而會給終端產(chǎn)品和使用者帶來不好的體驗。比如,業(yè)內(nèi)某大廠制程出現(xiàn)良率問題,遭到大客戶退貨,損失慘重。
良率,一度被視為晶圓代工廠的生命線,與先進制程的重要性不分伯仲。
因此,提升良率,作為芯片量產(chǎn)的必經(jīng)之路以及貫穿芯片整個生命周期的話題,是芯片廠商自始至終都需要面臨的終極挑戰(zhàn)。
圍繞良率提升,業(yè)界進行了諸多探索,其中DTCO——設計與制造工藝的協(xié)同優(yōu)化,成為業(yè)內(nèi)主流的解決路徑之一。尤其是隨著大算力、大數(shù)據(jù)、大模型的興起和運用,使芯片設計到制造的全局優(yōu)化成為可能。
從行業(yè)現(xiàn)狀來看,臺積電是數(shù)據(jù)良率管理的先行者和標桿。據(jù)了解,臺積電自2012年開始持續(xù)打造大數(shù)據(jù)平臺,為每一個工廠都配套一座數(shù)據(jù)中心,以便讓數(shù)據(jù)產(chǎn)生更大的價值。為了提升生產(chǎn)效率,臺積電利用先進機臺控制、即時缺陷偵測、工程資料探勘、中央管理制造平臺等系統(tǒng),實現(xiàn)了機臺、制程和良率的優(yōu)化。
經(jīng)過多年沉淀,臺積電已經(jīng)有上千位IT人才和數(shù)百位機器學習專家,在排程派工、人員生產(chǎn)力、機臺生產(chǎn)力、制程與機臺控制、品質(zhì)控制以及機器人控制等方面都已實現(xiàn)了智能化應用。
相比之下,當前中國大陸晶圓廠在傳統(tǒng)良率工程師、新興機器學習專家以及IT人才方面均面臨較大缺口。
尤其是過去幾年,在不穩(wěn)定的國際貿(mào)易關系、政策引導、終端需求波動的大背景下,中國半導體產(chǎn)業(yè)迎來了前所未有的高速發(fā)展期,人才和技術缺口被無限放大,提高良品率和芯片性能成為中國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當務之急。
對此,聚焦集成電路制造良率管理領域,成為破解行業(yè)難題的關鍵發(fā)力點。
其中,東方晶源作為該領域的佼佼者,自成立以來一直致力于解決集成電路制造良率管理問題,提出了獨樹一幟的DTCO解決方案——HPOTM(Holistic Process Optimization)良率最大化技術路線和產(chǎn)品設計理念,在計算光刻軟件及電子束量測檢測領域成績斐然。
在近日召開的2024年SEMICON China展會的現(xiàn)場,半導體行業(yè)觀察有幸邀請到了東方晶源董事長俞宗強博士,結合東方晶源十年來的“芯”路歷程,圍繞芯片良率提升的挑戰(zhàn)、突破、趨勢,以及國產(chǎn)生態(tài)等話題進行了交流分享,聆聽俞博對行業(yè)的真知灼見。
半導體行業(yè)觀察:東方晶源的核心業(yè)務有哪些?為何選擇這些賽道?
俞宗強:東方晶源主要聚焦于集成電路制造良率管理和良率提升,核心產(chǎn)品包括基于電子束的納米級檢測量測設備以及芯片制造相關EDA工具。最終目的是最大化地發(fā)揮光刻機等芯片制造設備的潛能,以達到使用同樣的設備制造出比傳統(tǒng)工藝流程更先進的芯片。這在后摩爾時代,特別是在中國沒有高端光刻機等設備的限制下,能夠制造出高端芯片,至關重要。
我們的目標就是建立適合中國需求的良率最大化流程,實現(xiàn)中國特色的GoldenFlow。為此,東方晶源早在10年前就基于HPOTM進行了產(chǎn)品布局,歷時10年的攻關實現(xiàn)了點工具的客戶驗證,并啟動系統(tǒng)解決方案的推廣。
半導體行業(yè)觀察:東方晶源在計算光刻OPC、電子束量測檢測領域取得了哪些技術突破?
俞宗強:東方晶源計算光刻產(chǎn)品PanGen是連接芯片設計和制造的橋梁,采用基于ILT(反向光刻技術),和CPU+GPU混合并行超算加速技術,技術路線上具有顯著優(yōu)勢。目前PanGen平臺已經(jīng)具備完整的功能鏈條,主要功能包括精確的光刻仿真、DRC、SBAR、OPC、LRC、DPT及SMO等,產(chǎn)品得到國內(nèi)頭部用戶的采用,在某些方面處于國際領先水平,比如全芯片的工程化ILT技術等。
東方晶源是國內(nèi)布局電子束量測和檢測領域最早的企業(yè)之一,成功推出的EBI、CD-SEM均為國內(nèi)首臺,填補國內(nèi)相關領域空白。去年公司又推出DR-SEM,無論是產(chǎn)品種類,出機數(shù)量以及產(chǎn)品先進性,都處于國內(nèi)領先地位。結合PanGen計算光刻系統(tǒng),在電子束圖像深度解析方面具有國際領先性。
半導體行業(yè)觀察:東方晶源能率先實現(xiàn)市場突破、產(chǎn)品能夠快速落地的關鍵是什么?相較于行業(yè)友商,東方晶源的優(yōu)勢和競爭力是如何體現(xiàn)的?
俞宗強:東方晶源是國內(nèi)最早布局上述領域的企業(yè),得益于公司創(chuàng)立之初對行業(yè)充分的調(diào)研,以及創(chuàng)始團隊對行業(yè)發(fā)展前瞻性的洞察和判斷。公司發(fā)展過程中得到02專項等國家重點攻關工程的支持,此外對人才的吸引、投資人的大力支持都是東方晶源產(chǎn)品能夠快速落地的關鍵。
基于HPOTM的布局,東方晶源產(chǎn)品不僅僅是點工具的替代而是通過連點成線,提供系統(tǒng)解決方案,這一點是大部分競爭對手不具備。正因為此東方晶源具有巨大可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?/p>
半導體行業(yè)觀察:如何看待半導體產(chǎn)業(yè)(特別是制造領域)的發(fā)展趨勢?為此,如何規(guī)劃東方晶源的下一代產(chǎn)品/技術創(chuàng)新?
俞宗強:對于國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)而言,國產(chǎn)替代只是起點,真正的競爭對手是長期壟斷各個賽道的國外供應商,因此在突破卡脖子點工具的同時,必須通過創(chuàng)新實現(xiàn)快速追趕,最終在細分領域?qū)崿F(xiàn)超越,才能真正實現(xiàn)生存和可持續(xù)的發(fā)展,從而滿足我國在先進芯片制造方面日益增加的需求。
東方晶源始終堅持HPOTM全流程良率最大化解決方案的創(chuàng)業(yè)初心,持續(xù)迭代升級已有軟硬件產(chǎn)品,擴大產(chǎn)品線,同時,創(chuàng)新地將各個點工具串成線,為客戶提供系統(tǒng)解決方案。我們的最終目標是:通過設計制造工藝協(xié)同優(yōu)化,DTCO甚至STCO,從而提升良率,降低芯片成本。真正實現(xiàn)中國的芯片制造GoldenFlow。
半導體行業(yè)觀察:從行業(yè)現(xiàn)狀來看,無論是半導體裝備、還是EDA軟件等,都是卡脖子比較嚴重的領域,東方晶源身處其中,如何看待該領域的發(fā)展現(xiàn)狀和走勢?對于要擺脫被卡脖子的困境,有哪些觀點和建議?國內(nèi)廠商該如何追趕?
俞宗強:近年來在舉全國之力大力發(fā)展半導體的時代背景下,我國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,但需充分認識到我們的差距,特別在先進制程方面的差距,未來還有很長的路要走。
對此,有三方面建議:
1)認識到差距,避免同質(zhì)競爭,抱團取暖,通過不同形式的合作,聯(lián)合攻關,為客戶提供成套解決方案;
2)擁有探索和創(chuàng)新精神,國外企業(yè)通過半個世紀的積累才實現(xiàn)今天在各個賽道的壟斷,我們在短時間內(nèi)很難追趕,只有走一條不同的路才有機會做到有競爭力;
3)政府以及資本市場對于創(chuàng)新企業(yè)的包容和更大力度的支持,目前的狀況不是天下太平,而是到了更具挑戰(zhàn)性攻堅克難的關鍵時刻,千萬不能松懈下來。
半導體行業(yè)觀察:從2014年創(chuàng)立至今,東方晶源走過了十年發(fā)展歷程,站在新的發(fā)展時間節(jié)點如何展望下一個十年?
俞宗強:10年攻關造就了東方晶源的特色和競爭力,也為未來10年的發(fā)展奠定了堅實的基礎。未來我們將保持東方晶源勇于創(chuàng)新的傳統(tǒng),緊緊抓住后摩爾時代的機遇,圍繞著良率的提升和制造成本的降低提供更多工具和解決方案,把東方晶源做大做強,在支持高端芯片國產(chǎn)化的同時,走出國門,為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出我們的貢獻,實現(xiàn)成為集成電路領域良率管理領導者的愿景。
寫在最后
當前時代,提高芯片的良率變得越來越困難,很多新建的晶圓廠通線數(shù)年仍難以量產(chǎn),有的雖勉強量產(chǎn),但是良率始終無法爬坡式的提升。
可以說,良率關乎晶圓廠的整體量產(chǎn)與競爭力。
通過俞宗強博士的介紹可以看到,經(jīng)過十年的不斷攻關,東方晶源已經(jīng)初步實現(xiàn)了高精度檢測/量測裝備與EDA軟件工具的聯(lián)動,打通芯片設計與制造過程中的信息差...使芯片制造過程從藝術到科學再到智能,在降低芯片制造門檻、實現(xiàn)芯片制造自主可控方面探索出一條全新的生態(tài)技術路徑。
未來,東方晶源將繼續(xù)圍繞HPOTM解決方案進行更多深化和探索,打造更多點工具,走出一條自主可控的創(chuàng)“芯”之路,與產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作伙伴攜手,助力加速集成電路國產(chǎn)良率管理行業(yè)發(fā)展,突破關鍵技術節(jié)點,建立適合中國集成電路產(chǎn)業(yè)的全新生態(tài)。