AMSL的光刻機(jī)如何能賣(mài)上億美元？

　　近日荷蘭大廠(chǎng)ASML公布2018年Q3季度財(cái)報(bào)，季度營(yíng)收為27.8億歐元，凈利潤(rùn)為6.8億歐元，全季度出貨5臺(tái)EUV，同時(shí)ASML預(yù)計(jì)今年將出貨18臺(tái)EUV，明年獎(jiǎng)把產(chǎn)量提升至30臺(tái)。平均每臺(tái)價(jià)值上億美元的EUV光刻機(jī)，為何受到廠(chǎng)商如此的追捧，同時(shí)讓AMSL的訂單已排到19年以后?

　　要了解光刻機(jī)為何為何受到如此的熱捧，首先簡(jiǎn)單了解一下什么是光刻機(jī)。光刻機(jī)的工作方式通常是在硅片表面勻膠，然后將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移光刻膠上的過(guò)程將器件或電路結(jié)構(gòu)臨時(shí)“復(fù)制”到硅片上的過(guò)程，而這種方式正是芯片制造的核心流程之一。光刻機(jī)有幾種分類(lèi)，有專(zhuān)門(mén)用于芯片生產(chǎn)的，有用于封裝的，有用于LED制造領(lǐng)域的投影光刻機(jī)。本次主要講的便是芯片制造用的光刻機(jī)，而在這個(gè)領(lǐng)域中，ASML無(wú)疑是絕對(duì)的龍頭，占據(jù)光刻機(jī)市場(chǎng)80%的份額。

　　為何要生產(chǎn)EUV光刻機(jī)，這是由于如今全球每年都會(huì)生產(chǎn)數(shù)十上百億的芯片，這些芯片運(yùn)用于手機(jī)、電腦、IoT設(shè)備，未來(lái)還將更加廣泛的運(yùn)用在更多領(lǐng)域，而這些芯片的制作原理都是曝光顯影制造生產(chǎn)，這與照片沖洗類(lèi)似，因此想要制造芯片需要有能夠投射電路團(tuán)的微影機(jī)臺(tái)。過(guò)去幾十年中，最先進(jìn)的微影機(jī)臺(tái)所采用的波長(zhǎng)都是193nm，但是如今Intel、臺(tái)積電所生產(chǎn)的芯片已經(jīng)小于10nm，這就相當(dāng)于用一支鉛筆來(lái)刻微雕，當(dāng)字體已經(jīng)遠(yuǎn)小于筆尖大小時(shí)，再優(yōu)秀的雕刻技術(shù)也無(wú)法彌補(bǔ)物理上的差距，因此只能尋找更短的波長(zhǎng)，來(lái)進(jìn)行更細(xì)微的操作。

　　接替目前193nm深紫外光的技術(shù)來(lái)源要追溯到冷戰(zhàn)時(shí)期美蘇兩國(guó)的“星戰(zhàn)計(jì)劃”，波長(zhǎng)僅有13nm，足夠滿(mǎn)足當(dāng)前技術(shù)的需求，這種波段也被稱(chēng)之為EUV(極紫外光)，而當(dāng)初該技術(shù)的主要推動(dòng)者為Intel，本來(lái)計(jì)劃2005年便要上市，但由于量產(chǎn)困難，因此一直拖延。這個(gè)技術(shù)有多難，由于EUV的能量極高且破壞力極強(qiáng)，對(duì)于操作的要求也非?？量?，同時(shí)EUV會(huì)受到空氣的干擾，因此需要在真空環(huán)境中作業(yè)，并且需要保證機(jī)械動(dòng)作的誤差需要以皮秒(兆分之一秒)計(jì)。而其中最關(guān)鍵的零件則是反射鏡面，EUV的反射鏡面要求極高，而這種東西居然被德國(guó)蔡司生產(chǎn)出來(lái)了，其瑕疵僅以pm(nm的千分之一)計(jì)。

　　這是一個(gè)什么概念，ASML CEO Peter Wennink在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)表示：“若把反射鏡放大到整個(gè)德國(guó)，需要保證最高的凸起處不超過(guò)一公分?！眹?yán)苛的制造要求也導(dǎo)致了EUV光刻機(jī)的成本高昂，并非一般的廠(chǎng)商可以承受。

　　如今在光刻機(jī)領(lǐng)域中，除了ASML之外，佳能及尼康等光學(xué)廠(chǎng)商也有所涉及，但在高端產(chǎn)品上，完全無(wú)法與AMSL的機(jī)器競(jìng)爭(zhēng)，更別說(shuō)在EUV領(lǐng)域，目前該領(lǐng)域處于A(yíng)SML一家獨(dú)大的狀態(tài)。ASML的 EUV NXE 3350B單價(jià)超過(guò)1億美元，ArF Immersion售價(jià)大約在7000萬(wàn)美元左右，而尼康的光刻機(jī)單價(jià)只在A(yíng)SML的三分之一，即使如此便宜的價(jià)格，在銷(xiāo)量上也完敗于A(yíng)SML。畢竟能夠買(mǎi)如此昂貴價(jià)格的單品，廠(chǎng)商自然也不介意購(gòu)買(mǎi)更好且效果更佳的產(chǎn)品。

　　當(dāng)前全球頂級(jí)芯片量產(chǎn)制程已經(jīng)下探到了7nm，正開(kāi)始進(jìn)行5nm的探索，而隨著EUV的逐步普及，10nm以下制程將很快成為主流。而想要制作10nm以下的芯片，只有使用EUV技術(shù)才能夠做到。因此，ASML在市場(chǎng)上根本沒(méi)有對(duì)手，其所擁有的技術(shù)已經(jīng)間接的形成了壟斷，這才導(dǎo)致AMSL光刻機(jī)售價(jià)如此高昂。目前國(guó)內(nèi)的中芯國(guó)際已經(jīng)向AMSL訂購(gòu)了一臺(tái)EUV光刻機(jī)，售價(jià)高達(dá)1.2億美元，雖然價(jià)格昂貴，但可以迅速?gòu)浹a(bǔ)中國(guó)科技企業(yè)在高精度芯片制作商的缺失。

　　除了購(gòu)買(mǎi)之外，國(guó)內(nèi)是否也有相應(yīng)的光刻機(jī)生產(chǎn)呢?答案是肯定的。2016年，清華大學(xué)聯(lián)合華中科技大學(xué)、上海微電子裝備有限公司和成都工具所3家單位，完成了光刻機(jī)雙工件臺(tái)系統(tǒng)樣機(jī)的驗(yàn)收，預(yù)示著我國(guó)成為世界上少數(shù)可以研制光刻機(jī)雙工件臺(tái)這一超精密機(jī)械與測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域最尖端系統(tǒng)的國(guó)家。

　　此外，上海微電子于今年5月份已經(jīng)完成了第100臺(tái)國(guó)產(chǎn)高端光刻機(jī)的交付，目前上海微電子制造的產(chǎn)品包含90nm、130nm和280nm等不同分辨率節(jié)點(diǎn)要求的ArF、KrF及i-line步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)。

　　而在2017年6月，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所開(kāi)展的“極紫外光刻關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目被成功驗(yàn)收，該項(xiàng)目突破了制約我國(guó)極紫外光刻發(fā)展的超高精度非球面加工與檢測(cè)、極紫外多層膜、投影物鏡系統(tǒng)集成測(cè)試等核心單元技術(shù)，成功研制了波像差優(yōu)于0.75 nm RMS 的兩鏡EUV 光刻物鏡系統(tǒng)，構(gòu)建了EUV 光刻曝光裝置，國(guó)內(nèi)首次獲得EUV 投影光刻32 nm 線(xiàn)寬的光刻膠曝光圖形。此項(xiàng)目的驗(yàn)收，標(biāo)志著我國(guó)EUV光學(xué)成像技術(shù)的跨越，顯示出我國(guó)在EUV領(lǐng)域中的核心技術(shù)水平的顯著提升，同時(shí)也為我國(guó)在光刻領(lǐng)域中培養(yǎng)了一個(gè)優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)。

　　即便如此，但從上述中也能看出，雖然我國(guó)已經(jīng)在光刻機(jī)領(lǐng)域中積極追趕，但與國(guó)外的差距依然巨大，尤其是與該領(lǐng)域龍頭AMSL有著幾代的技術(shù)差距。但好在目前已經(jīng)擁有了初步技術(shù)，有了開(kāi)端，后續(xù)便只剩下技術(shù)的積累。而今，在晶圓加工設(shè)備中，光刻機(jī)所占的投資比高達(dá)30%，同時(shí)一臺(tái)AMSL的EUV光刻機(jī)售價(jià)上億美元，當(dāng)我國(guó)企業(yè)有足夠能力參與到與國(guó)際巨頭競(jìng)爭(zhēng)之時(shí)，即是芯片技術(shù)迎頭趕上的那一天。