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                光刻机大北局

                2020-06-03 10:25 泉源:远川科技批评

                择要:阿斯麦(ASML)成王面前,是封闭与对抗,也是复仇与协作。

                在芯片范畴,有一样叫光刻机的设置装备摆设,不是印钞机,但却比印钞机还金贵。

                历数环球,也只要荷兰一家叫做阿斯麦(ASML)的公司集环球高端制造业之大成,一年工夫造的出二十台高端设置装备摆设,台积电与三星每年为此抢破了头,中芯国际足足等了三年,也没能将中国的首台EUV光刻机迎娶进门。

                但实在,早在上世纪80年月,阿斯麦还只是飞利浦旗下的一家合股小公司。全司上下算上老板31位员工,只能挤在飞利浦总部旁暂时搭起的板房里办公。一出门就能看到板房阁下一只宏大的渣滓桶。出门贩卖,也只能顶着母公司的名义,在敌手的映托下,显得强大、不幸,又无助。

                不外提及来,作为半导体行业“皇冠上的明珠”,光刻机的实质实在与投影仪+照相机差未几,以光为刀,将设计好的电路图投射到硅片之上。在谁人芯片制程还停顿在微米的期间,能做光刻机的企业,少说也无数十家,而尼康凭仗着相机期间的积聚,在谁人日本半导体财产片面崛起的年月,正是当之无愧的巨擘。

                短短四年,就将昔日光刻机大国美国拉上马,与旧王者GCA等量齐观,拿下三成市场份额。手里几家大客户英特尔、IBM、AMD、德州仪器,每天列队堵在尼康门口等候最新产物下线的热情,与我们现在眼巴巴等着阿斯麦EUV光刻机交货的急迫并无二致。

                但谁也未曾想,二十年不到,风景对换,作为美国老实盟友的阿斯麦一跃翻身,执掌起代工场的生杀大权,更成为大国博弈之间的要害杀招。“假如我们交不出EUV,摩尔定律就会今后中止”,阿斯麦如是说。

                但这真的只是一个盛产风车、郁金香国度,凭仗一个三十多人的开创团队,所降生的一个制造业奇观,半导体明珠吗?

                实在,从那台等了整整三年还不曾交付的EUV面前,我们不好看出面前真正的赢家。

                灰密斯翻身做王背面后,绵延十多年的,是封闭与对抗,也是复仇与协作。

                1

                从市场角度动身,作为上世纪九十年月最大的光刻机巨擘,尼康的衰落,始于那一回157nm光源干刻法与193nm光源湿刻法的技能之争。

                面前起主导作用的,是由英特尔开创人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出的的一个叫做摩尔定律的财产标准:集成电路上可包容的元器件的数目每隔18至24个月就会添加一倍(相应的芯片制程也会不时减少)。而每一次制程行进,也会带来一次芯片功能功能的奔腾。

                这是对芯片设计的要求,但同时也在要求光刻机的必需抢先设计关键一步,交支付相应规格的设置装备摆设来。

                几十纳米期间的光刻机,门槛实在并不高,三十多人的阿斯麦能随便入局这个行业,连设计芯片的英特尔也可以本人做出几台试试鲜,难度左右不外是把买返来的低价零件拼拼集凑,堆出一台难度比起照相机深邃些许的设置装备摆设。

                尼康与他们差别的是,敌手靠的是财产链一同发力,而尼康的零件技能全部本人搞定,就像现在的苹果,芯片、操纵零碎大包大揽,随意拿出几块镜片,虽不见得能吊打蔡司,但应付事先的芯片制程倒是绰绰不足的。

                但造芯也好,造光刻机也好,关卡品级实在是指数级别添加的,上世纪90年月,光刻机的光源波长被卡去世在193nm,成为了摆在全财产眼前的一道难关。

                雕琢工具,把戏要精密,刀尖就得尖利,但是要怎样把193nm的光波再“磨”细呢?泰半个半导体业界都到场出去,分两队人马摩拳擦掌:

                尼康等公司主张用在前代技能的根底上,接纳157nm的 F2激光,走妥当路途。

                重生的EUV LLC同盟则押注更保守的极紫外技能,用仅有十几纳米的极紫外光,刻十纳米以下的芯片制程。

                但技能都曾经走到这境地,不论哪一种办法,做起来实在都不容易。

                这时分台积电一个叫做林本坚的鬼才工程师呈现了:

                低落光的波长,光源动身是基本办法,但高中先生都晓得,水会影响光的折射率——在透镜和硅片之间加一层水,原有的193nm激光颠末折射,不就间接越过了157nm的通途,低落到132nm了吗!

                林本坚拿着这项“沉溺式光刻”方案,跑遍美国、德国、日本等国,游说各家半导体巨擘,但都吃了闭门羹。乃至有某公司高层给台积电COO蒋尚义捎了句狠话,让林本坚“不要搅局”。[1]

                终究这只是抱负状况,在精细的呆板中加水构建浸润情况,既要思索实践功能,又要费心净化。假如为了这一条短期替换方案,耽搁了光源研讨,劳而无功只是其次,被敌手反超可就欠好看了。

                于是,尼康选择了在157nm上一条道走到黑,却没认识到面前有位虎视眈眈的搅局者。

                事先尚是小脚色的阿斯麦决议赌一把,相比之前在传统干衰落影上的投入,押注浸润式技能更有能够以小广博。于是和林本坚一拍即合,仅用一年工夫,就在2004年就拼尽力赶出了第一台样机,并先后夺下IBM和台积电等大客户的订单。

                尼康晚了半步,很快也就亮出了干衰落影157nm技能的制品,但终究被阿斯麦抢了头阵,更况且波长还略落伍于敌手。比及一年后又完成了对浸润式技能的追逐,客户却曾经不供认“老恋人”,终究光刻机又不是小冤家玩具,更替要钱,学习更要本钱。

                但这统统还只是个开端。

                2

                两千年终踏错了干刻湿刻的选择之前,实在早于1997年,在美国当局一手干涉下,尼康被EUV LLC排斥在外时,就曾经注定了现在光刻机市场一家独大的了局。

                后面提到,当年为了实验打破193nm,英特尔更偏向于保守的EUV方案,于是早在1997年,就攒起了一个叫EUV LLC的同盟。

                同盟中的名字个个如雷贯耳:除了英特尔和牵头的美国动力部以外,另有摩托罗拉、AMD、IBM,以及动力部属属三大国度实行室:劳伦斯利弗莫尔国度实行室、桑迪亚国度实行室和劳伦斯伯克利实行室。

                这些实行室是美国科技开展的幕后好汉,之前的研讨效果掩盖物理、化学、制造业、半导体财产的种种前沿偏向,有核武器、超等盘算机、国度点火安装,乃至另有二十多种新发明的化学元素。

                资金到位,技能入场,人才云集,但偏偏同盟中的美国光刻机企业SVG、Ultratech早在80年月就被尼康打得乱七八糟,基本烂泥扶不上墙。于是,英特尔想拉来尼康和阿斯麦一同入伙。但题目在于,这两家公司,一个来自日本,一个来自荷兰,都不是外乡企业。

                偏偏,美国当局又将EUV技能视为推进本国半导体财产开展的中心技能,并不太盼望本国企业到场此中,更况且八十年月在半导体范畴压了美国风头的日本。

                但EUV光刻机又简直迫近物理学、资料学以及精细制造的极限。光源功率要求极高,透镜和反射镜零碎也极致精细,还需求真空情况,配套的抗蚀剂和防护膜的良品率也不高。别说是对小国日本与荷兰,就算是美国,想要一己之力自主打破这项技能,也是白痴说梦。

                美国天然不会给日本投固然后扼住美国半导体咽喉的时机。在一份提交给国会的陈诉之中,专家明白指出“尼康能够会将技能转移回日本,从而彻底清除美国光刻机财产”。[2]

                日本是朋友,但荷兰照旧有改革成“美利坚好同道”的时机的。

                为了体现至心,阿斯麦赞同在美国树立一所工场和一个研发中央,以此满意一切美邦本土的产能需求。别的,还包管55%的零部件均从美国供给商处推销,并承受活期检察。以是为什么美国能制止荷兰的光刻机出口中国,统统的缘由都始于此时[3]

                但不论怎样说,美国动力部照旧和阿斯麦告竣了协议,容许其参加EUV LLC,配合到场开辟,共享研讨效果。

                6年工夫里,EUV LLC的研发职员宣布了数百篇论文,大幅推进了EUV技能的研讨停顿,割地求和的阿斯麦固然只是此中的小脚色,但也无机会分得一杯羹。

                分享技能只是一方面,收买走后门实在也是美国送给阿斯麦的一份大礼。2009年,美国的Cymer公司研收回EUV所需的大功率光源,成为阿斯麦的供给商,更在四年后以25亿美元低价间接被并购。别忘了,这但是光刻机的中心零件,如许顶尖的技能,环球范畴也不超越三家。

                绝不夸大的说,阿斯麦固然是一家荷兰企业,但崛起的面前,实在是一园地隧道道的美国式乐成。

                3

                错失EUV打开了尼康光刻机的大门,而盟友的叛逆则彻底焊去世了尼康想要包围的出路。

                说假话,当年的英特尔为了避免中心设置装备摆设供给商一家独大,照旧实在挺想带着尼康一同玩的。

                32nm工艺制程时乃至独家接纳尼康的光刻机,而之前的45nm,之后的22nm,也都是尼康和阿斯麦同时供货。就连在2010年的LithoVision大会上,英特尔还宣布将不断相沿193nm沉溺式光刻至11nm节点。

                但备胎终究是备胎,一转身,英特尔就为了连续摩尔定律的节拍,巨资入股阿斯麦,顺带将EUV技能拜托。

                另一边,相比一步步集成了环球制造业精髓的阿斯麦,从前间就习气单打独斗的尼康在遭遇美国封闭后,更是一步步落伍,先辈设置装备摆设技能跟不上且不提,就连落伍设置装备摆设的制造服从也迟迟提不下去。

                当年,相反制程,阿斯麦声称“每小时可加工175~200片晶圆”,而尼康的数据是“每小时200片”。

                但果然云云吗?这面前触及到了一个叫做稼动率的制造业名词。复杂了解为一台呆板设置装备摆设实践的消费数目与能够的消费数目的比值。

                运用阿斯麦的设置装备摆设,三星与台积电的稼动率终年维持在95%上下,一个词语归纳综合,靠谱!

                但反观尼康,自愿自研,什么零件都能做,但又总是差点意思。招致统一批次的相反设置装备摆设,每一台的功能都不尽相反。就像买了二十台苹果手机,这台只能发微信,那台只能刷视频,剩下18台还正送检维修。

                设置装备摆设虽廉价,但稼动率最多只能到达50%左右,对晶元代工场来说,真实不划算。[7]

                因而,英特尔新CEO上任后,立即丢弃了尼康,乃至就连大陆的芯片代工场都看不上尼康,只能加入IC光刻,消费出的设置装备摆设,只能卖给三星、LG、京西方,用来消费面板。

                这边旧人哭,那里新人笑:2012年,英特尔连同三星和台积电,三家企业合计江苏福彩快3直播52.29亿欧元,先后入股阿斯麦,以此取得优先供货权,结成严密的长处配合体。

                站在EUV LLC的肩膀上,背靠美国支持,又有客户送钱,阿斯麦自此正式成为“全村的盼望”,在摘取EUV光刻机这颗宝石的路途上,一起孤单的狂奔。

                终于,在2015年,第一台可量产的EUV样机正式公布。正所谓呆板一响,黄金万两,当年只需能争先拿到呆板开工,就相称于间接开动了印钞产线,EUV光刻机也因而被冠上了“印钱答应证”的名号。

                而在这台呆板代价1.2亿美元,重达180吨的巨无霸设置装备摆设面前,实践上90%的部件均来自内部厂商,美国和欧洲的更是此中代表。

                整个东方开始进的产业体系,托举起了现在的阿斯麦。而一代霸主尼康,也自此彻底寥落在汗青的灰尘之中。

                参考材料

                [1]. 拉下尼康,ASML 是怎样一举称王的,魔铁的天下

                [2]. Cooperative Research and DevelopmentAgreements and Semiconductor Technology: Issues Involving the “DOE-IntelCRADA”, CRS Report for Congress

                [3]. U.S. gives ok to ASML on EUV effort,EE Times

                [4]. 光刻机详解(1):光源零碎篇,qbdp

                [5]. EUV光刻技能秘密往事:近40个国度入局,研举事度超原子弹,魔铁的天下

                [6]. 光刻机之战,金捷幡

                [7]. 得到的制造业:日本制造业的胜利,汤之上隆

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