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再次被争抢的光刻机,不能复制的ASML
今日彭博社报道,美国正在推动荷兰政府阻止ASML向中国大陆出售包罗DUV光刻机在内的装备,试图通过卡住芯片制造的“喉咙”来扩大其停止中国大陆崛起的行动。
现在ASML已经无法向中国大陆出售其最先进的极紫外(EUV)光刻系统,单台售价高达1.6亿欧元(1.64亿美元),由于它无法获得荷兰政府的出口允许证。
若是荷兰赞成,这将大大扩大现在阻止进入中国大陆的芯片制造装备的局限和种别,这可能对从中芯国际到华虹半导体等中国大陆芯片制造商造成严重的袭击。
ASML CEOPeter Wennink今年早些时刻曾示意,不希望阻止向中国大陆客户销售DUV光刻装备。停止发稿,ASML的美国存托凭证跌幅扩大到了8.3%,这是自2020年3月以来的最大盘中跌幅。
在半导体生产中,光刻机是焦点装备,它不仅决议了芯片制造的工艺水平,而且是耗时最多、成本最高的一步,现在先进的7nm、5nm及接下来的3nm、2nm都需要EUV光刻机,一台这样的光刻机售价快要10亿人民币,但现在照样求过于供。
现在,荷兰的ASML公司可以生产光刻机,他们的产能将决议全球先进工艺扩张的速率,以是代工龙头台积电、三星半年以来也在由于争抢最先进光刻机打的不能开交。
不难看出,光刻机是现在半导体行业的命脉,那这个命脉为什么被ASML所掌控?
01、支出任何价值也要获得的光刻机
作为制造芯片最先进的装备,光刻机的先历水平直接决议了芯片的制程工艺。ASML谈话人称,更高的光刻分辨率将允许芯片缩小170%,同时密度增添2.9倍。未来比3nm更先进的工艺将极端依赖高NA EUV光刻机。
随着芯片越来越周详,更高数值的孔径意味着更小的光线入射角度,也意味着能够用来制造尺寸更小、速率更快的芯片。三星、台积电都希望通过获得下一代EUV光刻机,从而在未来2nm手艺竞争上占有优势。
争先恐后的巨头
克日,韩国三星电子副会长李在镕又马一直蹄奔赴欧洲,外媒报道,三星电子副董事长李在镕已竣事与 ASML 公司的谈判,并就韩国三星引进下一代高数值孔径 High-NA EUV 光刻装备杀青了协议。High-NA EUV 作为 ASML 公司的下一代光刻装备,与 EUV 光刻装备相比,镌刻出的电路更为细腻。而一台High-NA EUV 光刻装备的价钱估量为 5000 亿韩元(约 25.85 亿元人民币),是现有 EUV 光刻装备价钱的两倍。只管云云,三星也在试图购进多至10台机械,有韩国业内人士示意:若是三星采购 10 台 High-NA EUV 光刻装备,将破费跨越 5 万亿韩元(约 258.5 亿元人民币),因此政府可能会下场支持。
三星这么做,也是为了尽快追赶台积电。6月17日台积电举行的手艺论坛上,作为晶圆代工龙头的台积电首次披露,到2024年,台积电将拥有ASML最先进的高数值孔径极紫外high-NA EUV光刻机,用于生产纳米片晶体管(GAAFET)架构的2nm(N2)芯片,预计在2025年量产。
只管台积电营业开发资深副总司理张晓强称,台积电2024年还禁绝备运用新的高数值孔径EUV工具生产,引进的光刻机将主要用于与互助同伴的研究,但台积电此次乐成引进最先进的光刻机,无疑将进一步牢固自身在先进制程研发方面的领先职位。
老牌巨头英特尔哪能落伍,甚至这次领先于台积电和三星。英特尔CEO基辛格为了能追赶台积电、三星,不止是投资入股ASML公司,还提早花高价订购EUV光刻机制造产能。英特尔说它将在 2025 年之前将这些机械投入生产,而且英特尔将是第一个收到该机械的公司。
光刻机市场独占鳌头
现在,全球光刻机市场的集中度极高,前三大厂商的市场份额占比达90%以上。从TOP3企业的竞争名目来看,2020年,荷兰ASML公司占比62%,出货量到达258台,力压尼康和佳能。
同时,从销售额来看,由于当前仅有荷兰ASML公司销售高端光刻机EUV(售价最高),因此,ASML仍占有市场龙头职位,市场份额达91%。
以绝对优势成为光刻机霸主的ASML是怎么走到今天的呢?
02、逆风翻盘的行业霸主——ASML
光刻机的研发还起源于飞利浦研发主管Leo Tummers要求他手下的年轻工程师Frits Klostermann 制作一个芯片,那时的飞利浦没有做新品所需要的微光刻手艺,以是Klostermann决议自己做一台新机械来完成这个义务。对于处于20世纪五六十年月的他们的来说,制作“光刻机”照样一个所谓“轻松”的义务,四处走走,义务是把一些晶体管、电阻、二极管和电容器等的元件毗邻整合到一小块晶圆上,这就是我们之后说的“芯片”。
与此同时,美国正在向新兴领域注入重金,其国防工业正在刺激其科学和工业领域同时将所有赌注都押在新手艺上,芯片的的需求不停增添也将芯片生产装备的生长速率推向了极致。这也刺激了Klostermann那时所在的飞利浦物理实验室(简称Natlab)鼎力生长半导体。
Natlab的制造二极管和晶体管等半导体元件的手艺都已成熟。Klostermann在探索集成电路的历程中获得了同事们的极大辅助,当Klostermann在公司购入现成的光刻机后还坚持自己开发自己的机械时,老板和同事依旧异常支持。
1966年,Klostermann获批制造他研发出的光刻机。Klostermann也在这 台光科技的基础上和Natlab同事配合走上了一直地研发光刻机的蹊径。
只管Klostermann的光刻机在飞利浦的芯片工厂中取得了乐成,然则Natlab很难为其光刻机找到客户,而且之后研发出的步进光刻机也是十分昂贵而且庞大,这些劣势很难让光刻机进入工厂事情。
飞利浦在光刻机上持否认意见。
从废物堆中救出来的光刻机
救出步进光刻机的这小我私人,也是在1976年之后的几十年里飞利浦的代表性人物——Wim Troost,他是在飞利浦治理团队集会上唯逐一个示意对光刻机有研究兴趣的人。
缔造事业的人就是不畏艰难、掉臂亏损、坚持光刻手艺研发的人,Wim Troost一次又一次地脱节了手艺、资金的难题,在20世纪70年月末,他率领的S&I有着7500万美元的收入和很高的利润,飞利浦说“希望用光刻手艺征服天下”。
可悲的是,谁人时刻的天下,光刻机不受迎接没什么市场。而当下的经济危急让飞利浦不堪重负,决议甩掉非焦点营业,也就是光刻机。
1983年,飞利浦在履历了和3家公司谈判失败后,所有人都士气降低。而ASM在纳斯达克的乐成上市,令飞利浦看到ASM这家公司。在飞利浦高层再一次明确必须放弃像光刻机这样的非焦点营业后,必须捉住最后一次时机来拯救光刻机团队,阻止裁员的发生。
1984年,飞利浦和ASM确立合资企业ASML。
经济危急袭击了那时的巨头,但事业般地给了ASML喘息的时间,让它有足够的时间来重塑其研发和生产部门,由于那时刚刚起步的ASML,走错了油压手艺蹊径、装配厂也还基本无法生产真正的大订单。那时若是芯片装备市场稀奇好,而ASML却卖不出光刻机,那么ASML会马上失败。
逆风后照样逆风
“等你卖了20台光刻机后,再回来找我谈。”
时任ASMLCEO斯密特在加州一场天下一流的芯片装备展上备受袭击,他四处张扬飞利浦的光刻机项目死去活来了,但获得的反馈寥若晨星。那时的光刻机巨头是GCA和新崛起的日本尼康,装机量是所有人体贴的要害指标,GCA和尼康已经到达数百台,而ASML照样零。
在加州的展会上,每小我私人都在谈论摩尔定律,谈论下一代机械——从大规模集成电路(LSI)到超大规模集成电路(VLSI)。
在未来几年内,芯片线路将缩小到1/1000毫米以下,光刻机处置的将不再是4英寸的晶圆,而是6英寸的晶圆。
随着这个转变,超大规模集成电路需要新一代光刻机,这种机械要能够将0.7微米的细节成像到晶圆上,并实现更慎密的微电子集成。然而还没有人找到制造这种光刻机的方式。这又给了ASML一个时机。
彻底刷新
ASML面临决议,到底是逐步改善现有手艺,照样投入新的手艺开发?ASML里程碑式的光刻机PAS 5500,就是在这样的决议中降生的。
若是选择逐步改善,现在基础上的手艺路径很可能最终无法知足市场的新需求;若是选择是使用革命性的长冲程、短冲程发念头追求突破,但研发会有风险。
ASML PAS 5500的首席架构师范登布林克没有直接做出决议,他决议在这两条路上划分试验6-9个月,两个团队划分在自己的手艺路径上赛马。最后,手艺竞赛证实旧H型晶圆台,有足够的潜力定位8英寸的晶圆,以是ASML选择了这条保险的蹊径。是非冲程发念头被暂时雪藏,但也可作为更新换代的备选方案。
履历了多年的苦心谋划,ASML在步进扫描光刻机时代走到了巨头行列,那时的市场形成了三家独大的事态:ASML、尼康、佳能。其中ASML以绝对优势成为光刻机领域龙头,市场占有率一度到达91%。
03、不能复制的乐成
有人会问,光刻时机盛极而衰吗?就像昔时日本产的磁带录像机,系统之周详连美国人都难望其项背,但半导体存储器的泛起立马判了磁带录像机的死刑。现在的光刻机也到了手艺临界点,就像百米跑进9秒5,想提高0.1秒都要支出极大的价值。一旦泛起新的手艺、工艺,ASML会首当其冲被镌汰吗?
这可能就要谈到ASML的理念了,永远是与时俱进的,在行业都崇尚“自力完成所有”的时刻,它就选择只举行研发和组装,并不什么都由自己制造。这就让ASML成为了一个集大成者,也成为了全球化的受益者。ASML 90%的零部件来自于外购,再由最明白客户需求和产业生长趋势的ASML集成。ASML的背后是美国、日本、欧洲、中国台湾、韩国的手艺支持,最终才气量产出极端庞大的EUV光刻机。以是纵然是有了新的手艺,也是整个行业的兴衰迭代,而且就像从飞利浦盘据出来一样,ASML有着极强的手艺功底温顺应能力,未来生长依旧可期。
回首ASML的生长史,我们会看到无数个绝境,以及无数个绝境逢生,是很难,但设施总比难题多,对所有半导体的研究来说是云云。
对于中国来说同样云云,中国对于光刻机的研究同样需要解决无数问题。半导体行业对资金的需求原本就大,光刻机产业也不是一场可以速战速决的战争。摘下光刻机这个颗“明珠”,我们势在必行。