光刻机三巨头的殊途同归

本文来自微信公众号:半导体行业观察(ID:icbank) , 作者:龚佳佳 , 头图来自:ASML
说到光刻机 , 大家第一反应是什么?笔者第一反应是ASML , 第二反应是价格特别昂贵 , 第三反应是我国卡脖子技术 。
不知不觉中 , ASML似乎成了光刻机的代名词 , 这个想法如果被上世纪八九十年代的尼康和佳能知道 , 可能要气得直吹胡子 , “哪里来的毛头小子 , 也敢和我比肩” 。
不过 , 现实就是这么残忍 , 正所谓“三十年河东 , 三十年河西” 。 在四五十年后的今天 , 当初的毛头小子成为了如今手持几十台“印钞神兽”的霸主 , 占据了全球80%的光刻机营收份额 , 而曾今的巨头只能沦为二三线 , 但说到底也是曾经称霸一方的巨头 , 即使远不敌当年骁勇 , 但也不会轻易舍弃光刻机这一杯羹 。
面对越来越火热的芯片产业 , ASML在EUV道路上一路狂奔 , 佳能和尼康却“独辟蹊径” , 试图在独特路线上通过差异化来获取竞争优势 。
一、ASML , 垄断EUV
“如果我们交不出EUV , 摩尔定律就会从此停止 。 ”ASML首席执行官PeterWennink在2017年曾如是说过 , 这句话很嚣张 , 但无人可以反驳 。 从本世纪初开始 , 就不断有人预言摩尔定律将死 , 如今摩尔定律已经成功迎来了第57个年头 , 全球芯片工艺进程也在向3nm , 甚至更先进的方向迈进 , 而实现这一切的大功臣就是ASML的EUV光刻机 。
EUV光刻机也叫做极紫外光刻机 , 工艺极其复杂 。 ASMLEUV光刻机使用13.5nm的波长 , 由来自全球近800家供货商的多个模块和数十万个零件组成 , 每个模块都在ASML遍布全球的60个工厂中完成生产 , 然后运往维尔德霍温进行组装 , 运输一套EUV曝光机需要20辆卡车 , 或者三架满载的波音747飞机 。 其内部结构大概如下:
光刻机三巨头的殊途同归
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图源:ASML
从ASML官方消息来看 , EUV技术从1994年就开始工业化 , 由ASML参加的联盟交付了第一个原型 。 2006年8月 , ASML向美国奥尔巴尼的纳米科学与工程学院和比利时鲁汶的imec运送了世界上第一台EUV光刻演示工具 。 2013年 , 第一个EUV生产系统TWINSCANNXE:3300发货 。
站在现在回看过去 , 寥寥数笔似乎就可以概括当时研发EUV光刻机的那段历史 , 但事实上研发过程十分艰难 , 主要问题在于EUV研发实在是太费钱了 , 风险巨大 。 在当时看来 , 它就像一个无底吞金“黑洞” , 大把大把的钱砸进去都不一定能听到个响 。 但ASML砸了 , 官方消息显示 , ASML在17年间在EUV研发上投入了超过60亿欧元 。
如今 , 先进制程已经来到了3nm的交叉路口 , 台积电和三星都表示将在今年量产3nm , 而他们量产所用的光刻机应该就是ASML最新一代0.33NA光刻系统TWINSCANNXE:3600D 。 那么3nm以后 , 摩尔定律又该如何“续命”?ASML日本(东京都品川区)的藤原祥二郎社长表示 , “摩尔定律预计未来10年后还会持续下去 , 以此为中心支撑的是最先进的EUV光刻机” 。 近期 , 阿斯麦公众号也指出:“只要我们还有想法 , 摩尔定律就会继续生效!”
从ASML透露的消息可以看出 , ASML正在开发下一代EUV平台 , 将数值孔径(NA)从0.33增加到0.55 , 可以支持多个未来节点 。
光刻机三巨头的殊途同归
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图源:ASML
据了解 , ASML下一代EUV0.55NA平台有望使芯片尺寸减小1.7倍 , 进一步提高分辨率 , 并将微芯片密度提高近3倍 。 第一个EUV0.55NA平台早期接入系统预计将在2023年投入使用 , 预计客户将在2024-2025年开始研发 , 2025-2026年进入客户的大批量生产 。 ASML预计在2025年之前拥有大约20台0.55High-NAEUV 。