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AMSL的光刻机为何能卖上亿美元?

近日荷兰大厂ASML公布2018年Q3季度财报,季度营收为27.8亿欧元,净利润为6.8亿欧元,全季度出货5台EUV,同时ASML预计今年将出货18台EUV,明年奖把产量提升至30台。平均每台价值上亿美元的EUV光刻机,为何受到厂商如此的追捧,同时让AMSL的订单已排到19年以后?

要了解光刻机为何为何受到如此的热捧,首先简单了解一下什么是光刻机。光刻机的工作方式通常是在硅片表面匀胶,然后将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程,而这种方式正是芯片制造的核心流程之一。光刻机有几种分类,有专门用于芯片生产的,有用于封装的,有用于LED制造领域的投影光刻机。本次主要讲的便是芯片制造用的光刻机,而在这个领域中,ASML无疑是绝对的龙头,占据光刻机市场80%的份额。

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为何要生产EUV光刻机,这是由于如今全球每年都会生产数十上百亿的芯片,这些芯片运用于手机、电脑、IoT设备,未来还将更加广泛的运用在更多领域,而这些芯片的制作原理都是曝光显影制造生产,这与照片冲洗类似,因此想要制造芯片需要有能够投射电路团的微影机台。过去几十年中,最先进的微影机台所采用的波长都是193nm,但是如今Intel、台积电所生产的芯片已经小于10nm,这就相当于用一支铅笔来刻微雕,当字体已经远小于笔尖大小时,再优秀的雕刻技术也无法弥补物理上的差距,因此只能寻找更短的波长,来进行更细微的操作。

接替目前193nm深紫外光的技术来源要追溯到冷战时期美苏两国的“星战计划”,波长仅有13nm,足够满足当前技术的需求,这种波段也被称之为EUV(极紫外光),而当初该技术的主要推动者为Intel,本来计划2005年便要上市,但由于量产困难,因此一直拖延。这个技术有多难,由于EUV的能量极高且破坏力极强,对于操作的要求也非常苛刻,同时EUV会受到空气的干扰,因此需要在真空环境中作业,并且需要保证机械动作的误差需要以皮秒(兆分之一秒)计。而其中最关键的零件则是反射镜面,EUV的反射镜面要求极高,而这种东西居然被德国蔡司生产出来了,其瑕疵仅以pm(nm的千分之一)计。

这是一个什么概念,ASML CEO Peter Wennink在接受媒体采访时表示:“若把反射镜放大到整个德国,需要保证最高的凸起处不超过一公分。”严苛的制造要求也导致了EUV光刻机的成本高昂,并非一般的厂商可以承受。

如今在光刻机领域中,除了ASML之外,佳能及尼康等光学厂商也有所涉及,但在高端产品上,完全无法与AMSL的机器竞争,更别说在EUV领域,目前该领域处于ASML一家独大的状态。ASML的 EUV NXE 3350B单价超过1亿美元,ArF Immersion售价大约在7000万美元左右,而尼康的光刻机单价只在ASML的三分之一,即使如此便宜的价格,在销量上也完败于ASML。毕竟能够买如此昂贵价格的单品,厂商自然也不介意购买更好且效果更佳的产品。

当前全球顶级芯片量产制程已经下探到了7nm,正开始进行5nm的探索,而随着EUV的逐步普及,10nm以下制程将很快成为主流。而想要制作10nm以下的芯片,只有使用EUV技术才能够做到。因此,ASML在市场上根本没有对手,其所拥有的技术已经间接的形成了垄断,这才导致AMSL光刻机售价如此高昂。目前国内的中芯国际已经向AMSL订购了一台EUV光刻机,售价高达1.2亿美元,虽然价格昂贵,但可以迅速弥补中国科技企业在高精度芯片制作商的缺失。

除了购买之外,国内是否也有相应的光刻机生产呢?答案是肯定的。2016年,清华大学联合华中科技大学、上海微电子装备有限公司和成都工具所3家单位,完成了光刻机双工件台系统样机的验收,预示着我国成为世界上少数可以研制光刻机双工件台这一超精密机械与测控技术领域最尖端系统的国家。

此外,上海微电子于今年5月份已经完成了第100台国产高端光刻机的交付,目前上海微电子制造的产品包含90nm、130nm和280nm等不同分辨率节点要求的ArF、KrF及i-line步进扫描投影光刻机。

而在2017年6月,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所开展的“极紫外光刻关键技术研究”项目被成功验收,该项目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 nm 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 nm 线宽的光刻胶曝光图形。此项目的验收,标志着我国EUV光学成像技术的跨越,显示出我国在EUV领域中的核心技术水平的显著提升,同时也为我国在光刻领域中培养了一个优秀的团队。

即便如此,但从上述中也能看出,虽然我国已经在光刻机领域中积极追赶,但与国外的差距依然巨大,尤其是与该领域龙头AMSL有着几代的技术差距。但好在目前已经拥有了初步技术,有了开端,后续便只剩下技术的积累。而今,在晶圆加工设备中,光刻机所占的投资比高达30%,同时一台AMSL的EUV光刻机售价上亿美元,当我国企业有足够能力参与到与国际巨头竞争之时,即是芯片技术迎头赶上的那一天。

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责任编辑:文仁露