AMSL的光刻機如何能賣(mài)上億美元？

　　近日荷蘭大廠(chǎng)ASML公布2018年Q3季度財報，季度營(yíng)收為27.8億歐元，凈利潤為6.8億歐元，全季度出貨5臺EUV，同時(shí)ASML預計今年將出貨18臺EUV，明年獎把產(chǎn)量提升至30臺。平均每臺價(jià)值上億美元的EUV光刻機，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。光刻機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移光刻膠上的過(guò)程將器件或電路結構臨時(shí)“復制”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。本次主要講的便是芯片制造用的光刻機，而在這個(gè)領(lǐng)域中，ASML無(wú)疑是絕對的龍頭，占據光刻機市場(chǎng)80%的份額。

　　為何要生產(chǎn)EUV光刻機，這是由于如今全球每年都會(huì )生產(chǎn)數十上百億的芯片，這些芯片運用于手機、電腦、IoT設備，未來(lái)還將更加廣泛的運用在更多領(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的微影機臺。過(guò)去幾十年中，最先進(jìn)的微影機臺所采用的波長(cháng)都是193nm，但是如今Intel、臺積電所生產(chǎn)的芯片已經(jīng)小于10nm，這就相當于用一支鉛筆來(lái)刻微雕，當字體已經(jīng)遠小于筆尖大小時(shí)，再優(yōu)秀的雕刻技術(shù)也無(wú)法彌補物理上的差距，因此只能尋找更短的波長(cháng)，來(lái)進(jìn)行更細微的操作。

　　接替目前193nm深紫外光的技術(shù)來(lái)源要追溯到冷戰時(shí)期美蘇兩國的“星戰計劃”，波長(cháng)僅有13nm，足夠滿(mǎn)足當前技術(shù)的需求，這種波段也被稱(chēng)之為EUV(極紫外光)，而當初該技術(shù)的主要推動(dòng)者為Intel，本來(lái)計劃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，對于操作的要求也非?？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)，并且需要保證機械動(dòng)作的誤差需要以皮秒(兆分之一秒)計。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蔡司生產(chǎn)出來(lái)了，其瑕疵僅以pm(nm的千分之一)計。

　　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，需要保證最高的凸起處不超過(guò)一公分?！眹揽恋闹圃煲笠矊е铝薊UV光刻機的成本高昂，并非一般的廠(chǎng)商可以承受。

　　如今在光刻機領(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的機器競爭，更別說(shuō)在EUV領(lǐng)域，目前該領(lǐng)域處于A(yíng)SML一家獨大的狀態(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)商自然也不介意購買(mǎi)更好且效果更佳的產(chǎn)品。

　　當前全球頂級芯片量產(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(zhù)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)有對手，其所擁有的技術(shù)已經(jīng)間接的形成了壟斷，這才導致AMSL光刻機售價(jià)如此高昂。目前國內的中芯國際已經(jīng)向AMSL訂購了一臺EUV光刻機，售價(jià)高達1.2億美元，雖然價(jià)格昂貴，但可以迅速彌補中國科技企業(yè)在高精度芯片制作商的缺失。

　　除了購買(mǎi)之外，國內是否也有相應的光刻機生產(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，完成了光刻機雙工件臺系統樣機的驗收，預示著(zhù)我國成為世界上少數可以研制光刻機雙工件臺這一超精密機械與測控技術(shù)領(lǐng)域最尖端系統的國家。

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

　　而在2017年6月，中國科學(xué)院長(cháng)春光學(xué)精密機械與物理研究所開(kāi)展的“極紫外光刻關(guān)鍵技術(shù)研究”項目被成功驗收，該項目突破了制約我國極紫外光刻發(fā)展的超高精度非球面加工與檢測、極紫外多層膜、投影物鏡系統集成測試等核心單元技術(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，構建了EUV 光刻曝光裝置，國內首次獲得EUV 投影光刻32 nm 線(xiàn)寬的光刻膠曝光圖形。此項目的驗收，標志著(zhù)我國EUV光學(xué)成像技術(shù)的跨越，顯示出我國在EUV領(lǐng)域中的核心技術(shù)水平的顯著(zhù)提升，同時(shí)也為我國在光刻領(lǐng)域中培養了一個(gè)優(yōu)秀的團隊。

　　即便如此，但從上述中也能看出，雖然我國已經(jīng)在光刻機領(lǐng)域中積極追趕，但與國外的差距依然巨大，尤其是與該領(lǐng)域龍頭AMSL有著(zhù)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，后續便只剩下技術(shù)的積累。而今，在晶圓加工設備中，光刻機所占的投資比高達30%，同時(shí)一臺AMSL的EUV光刻機售價(jià)上億美元，當我國企業(yè)有足夠能力參與到與國際巨頭競爭之時(shí)，即是芯片技術(shù)迎頭趕上的那一天。