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每台近 20 亿元 ASML 下一代 EUV 光刻机将提前量产

  12 月 14 日消息,众所周知,目前 ASML 是全世界当之无愧的光刻机巨头,技术实力领先日本一众厂商,甚至此前总市值超 2800 亿欧元成为总市值最高的欧洲科技企业。

  CNBC 报道称,这家疯狂的荷兰公司现在正在制造一种“可以重新定义电子产品”的机器。

  据称,ASML 正在开发一种新版本的极紫外光刻机,将成为世界上最先进的芯片制造机器。新机器可以让芯片制造商研制出更复杂的芯片,为下一代电子设备提供动力。

  今年 7 月,英特尔首席执行官 Pat Gelsinger 表示,该公司有望成为 ASML 新机器的第一个接收者,该机器被称为 High NA(高数值孔径)。

  EUV 机器如何工作

  EUV 光刻机可将异常狭窄的光束照射到经过“光刻胶”化学处理过的硅晶圆上。在光线接触到化学物质的地方,晶圆片上就会产生复杂的图案,这些图案事则是由设计者事先精心规划的。这个过程被称为光刻技术,它就是目前集成电路上晶体管的出处。

  晶体管是现代电子产品基本组成部分之一,从而使电流能够在电路周围流动。一般来说,芯片上的晶体管越多,芯片的性能就越强,效率也就越高。

  据了解,并非 ASML 所有光刻机都支持 EUV 功能。EUV 是该公司近年为大批量生产引入的最新技术,而 DUV(深紫外线)仍然是半导体行业的主力需求。

  塔夫斯大学弗莱彻法律与外交学院助理教授克里斯・米勒 (Chris Miller) 表示,芯片制造商希望在光刻技术中尽可能使用最窄的光波(波长),这样他们就可以在每块硅晶圆片上实现更多的晶体管。

  开发新机器

  与 ASML 目前的 EUV 光刻机相比,高 NA 版本将更大、更昂贵且更复杂。

  “它包括一种新颖的光学设计,需要明显更快的阶段,”ASML 发言人告诉 CNBC。他们补充说,高 NA 机器具有更高的分辨率,这将使芯片面积缩小 1.7 倍,芯片密度增加 2.9 倍。

  “有了这个平台,客户将大大化简制造步骤,”发言人继续说道。“这将成为他们引入该技术的理由。该平台可显著降低缺陷、成本和周期。”

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  ▲ 图源 ASML

  从目前已知的信息来,每台 EUV 光刻机都采用了超过 100000 个零组件,它们来着全球各大尖端科技厂商。直观一点,它们大概需要 40 个货运集装箱或四架大型喷气式飞机来运输。据报道,每一套光刻机的成本约为 1.4 亿美元。

  “他们并没有进行限制,”米勒补充道,该公司的新型光刻机将支持在硅晶圆上进行更具体的蚀刻。

  第一台高 NA 机器仍在开发中,预计从 2023 年开始提供先行体验,以便芯片制造商可以更快地开始验证并学会如何使用。然后,客户可以在 2024 年和 2025 年将以此进行自己的研发工作。从 2025 年开始,它们很可能用于大批量制造。

  今年 7 月,英特尔首席执行官 Pat Gelsinger 表示,该公司有望成为 ASML 高 NA 机器的第一个接收者。

  “我敢打赌,他为这个“首发”付出了很多利益,因为他肯定不是唯一一个想先拿到这台机器的人,”米勒说。

  英特尔销售和营销副总裁 Maurits Tichelman 对此表示:“高 NA EUV 是 EUV 路线图上的下一个重大技术变革”,“我们已准备好接收业内首款量产的高 NA EUV 光刻机,并争取在 2025 年推出新产品”不过他拒绝透露英特尔订购了多少台新机器。

  Tichelman 说,新的高 NA EUV 工具从 0.33 光圈镜头转变为更细腻的 0.55 光圈,从而实现了更高分辨率的操作。

  据悉,更高的孔径可使得机器内部产生更宽的 EUV 光束,然后撞击晶圆时产生的强度就越大,从而提高蚀刻线条的精确度。这反过来又可以实现更精细的形状和更小的间距,从而增加晶体管密度。

  Gartner 半导体分析师 Alan Priestley 称,ASML 的新机器将允许芯片制造商制造 3nm 以下的芯片。目前世界上最先进的芯片都在 3nm 及以上。

  Priestley 补充说,高 NA 机器将耗资约 3 亿美元(超 19 亿人民币),是现有 EUV 机器的两倍,并且它们还需要更复杂的新镜头技术。

  芯片是如何制造的

  芯片通常是由一个晶圆片上的 100-150 个硅层组成,只有最复杂的设计才会需要 EUV 机器,目前大部分芯片都可以用 DUV 机器制造。当然,ASML 也制造其他工具。

  正如上面提到的,这是全球顶尖供应链合作的产物,往往每一台 EUV 机器都需要数年时间才能完成,而 ASML 一年只能出货这么多。从财务数据来看,它去年仅售出了 31 部,而且这么多年总共只生产了 100 部左右。

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  埃森哲 (Accenture) 全球半导体主管 Syed Alam 表示:“与传统的 EUV 机器相比,High NA 机器可提供更大的透镜,也就能够刻出更精细的图案,从而能够高效地量产更强的芯片。”

  他透露:“芯片制造商不得不依赖双重或三重模式,这非常耗时”“使用高 NA EUV 机器,他们能够在一层上直接完成这些功能,从而实现优异的周期和工艺灵活性。”

  Alam 表示,芯片制造商也因此必须在更好的性能和更高的成本之间进行权衡“这对于高分辨率的 EUV 机器来说尤其如此,因为大镜头也就意味着更高的采购成本和维护成本。”

  在上月的 ITF 大会上,半导体行业大脑 imec(比利时微电子研究中心)公布的蓝图显示,2025 年后晶体管进入埃米尺度(Å,angstrom,1 埃 = 0.1 纳米),其中 2025 对应 A14(14Å=1.4 纳米),2027 年为 A10(10Å=1nm)、2029 年为 A7(7Å=0.7 纳米)。

  当时 imec 就表示,除了新晶体管结构、2D 材料,还有很关键的一环就是 EUV 光刻机。其透露,0.55NA 的下代 EUV 光刻机一号试做机(EXE:5000)会在 2023 年由 ASML 提供给 imec,2026 年量产。

  据悉,相较于当前 0.33NA 的 EUV 光刻机,0.55NA 有了革命性进步,它能允许蚀刻更高分辨率的图案。

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