EUV:半导体业的终极武器
台积电、英特尔都寄望,这台史上最昂贵的「工具机」,会在2017年开始试产的七奈米制程大发神威,成为主力机种。
全球每年生产上百亿片的手机晶片、记忆体,数十年来都仰赖程序繁琐,但原理与冲洗照片类似的曝光显影制程生产。
其中以投射出电路图案的微影机台最关键、也最昂贵。过去十多年,全球最先进的微影机,都采用波长一九三奈米的深紫外光,然而英特尔、台积电量产的最先进电晶体,大小已细小到仅有数十个奈米。这形同用同一支笔,要写的字却愈来愈小,最后笔尖比要写的字还粗的窘境。
要接替的「超细字笔」,技术源自美国雷根时代「星战计划」,波长仅有十三奈米的EUV;依照该技术的主要推动者英特尔规划,2005年就该上阵,量产时程却一延再延。
因为这个技术实在太难了。EUV光线的能量、破坏性极高,制程的所有零件、材料,样样挑战人类工艺的极限。例如,因为空气分子会干扰EUV光线,生产过程得在真空环境。而且,机械的动作得精确到误差仅以皮秒(兆分之一秒)计。
最关键零件之一,由德国蔡司生产的反射镜得做到史无前例的完美无瑕,瑕疵大小仅能以皮米(奈米的千分之一)计。
这是什么概念?ASML总裁暨执行长温彼得(Peter Wennink)接受《天下》独家专访时解释,如果反射镜面积有整个德国大,最高的突起处不能高于一公分高。
「满足这类(疯狂)的要求,就是我们的日常工作,」两年前由财务长接任执行长的温彼得说。
因为EUV的技术难度、需要的投资金额太高,另外两大微影设备厂——日本的Nikon和佳能,都已放弃开发。ASML俨然成为半导体业能否继续冲刺下一代先进制程,开发出更省电、运算速度更快的电晶体的最后希望。
「如果我们交不出EUV的话,摩尔定律就会从此停止,」温彼得缓缓地说。因此,三年前,才会出现让ASML声名大噪的惊天交易。
英特尔、台积电、三星等彼此竞争的三大巨头,竟联袂投资ASML41亿、8.38亿、5.03亿欧元。(台积电已于今年五月出售ASML的5%持股,获利214亿台币)
温彼得解释,当时各大厂都要求EUV的研发进度加快,他告诉这些顾客,「希望加快EUV的研发进度,我们就得加倍研发支出。」
于是,ASML研发经费倍增到现在的每年十三亿欧元的规模。多出的一倍,ASML自己出一半,三大半导体巨头合出另一半。
高端光刻机完全依赖
目前,光刻机领域的龙头老大是荷兰ASML,并已经占据了高达80%的市场份额,垄断了高端光刻机市场。日本尼康在高端光刻机上完全被ASML击败,即便尼康的ArF光刻机售价仅仅不到ASML的一半也无补于事。Intel、台积电、三星用来加工14/16nm芯片的光刻机都是买自ASML,格罗方德、联电以及中芯国际等晶圆厂的光刻机主要也是来自ASML。
更关键的是,最先进的EUV光刻机全球仅仅ASML能够生产,ASML在今年第三季度和第四季度出售的两台EUV光刻机售价都超过1亿美元,落后EUV一代的ArF光刻机平均售价也在4000万至5000万欧元左右,从高企的报价和EUV光刻机全球仅此一家出售可以看出,光刻机的技术门槛极高,是人类智慧集大成的产物。
相比之下,国内光刻机厂商则显得非常寒酸,处于技术领先的上海微电子装备已量产的光刻机中,性能最好的是能用来加工90nm芯片的光刻机,技术差距说是鸿沟都不为过。正是因此,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖,本次从荷兰空运至厦门机场的ASML光刻机,就是用于芯片生产制造的高端光刻机,由于是厦门的一家公司申报的,笔者猜测,这台设备很有可能是厦门当地政府与台湾联华电子合资的晶圆厂从荷兰ASML采购的。不过,由于西方瓦森纳协议的限制,中国只能买到ASML的中低产品,这一点从厦门当地企业的光刻机报价仅1亿就可以看出来了。
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