世界上最好的光刻机为什么来自荷兰? 美国为什么能控制该光刻机生产厂家?

荷兰的光刻机技术强大主要靠ASML,ASML成立于1984年,由飞利浦与先进半导体材料国际(ASML)合资成立,总部位于荷兰的费尔德霍芬。1995年,ASML收购了菲利普持有的股份,称为完全独立的公司。

而ASML之所以能够做到全球光刻机的霸主地位,我觉得主要有几下几个原因。

强大的研发投入

光刻机是一个高精尖的技术,其技术难度是全球公认的,如果没有持续强大的研发投入根本不可能到技术领先。ASML从成立至今,对于研发的投入都非常大,比如2019年ASML的销售额大概是21亿欧元,而研发费用支出就达到了4.8亿欧元,研发费用占营收的比例达到22.8%,这个比例是非常高的,正因为有大量资金的投入,所以ASML在关键技术领域一直处于领先地位。

从1991年PAS 5000光刻机面市取得巨大成功开始,再到2000-2001年具有双工作台、浸没式光刻技术的Twinscan XT、Twinscan NXT系列研制成功,到强大的研发投入让ASML的技术一直处于全球领先。

美国以及欧盟的支持

虽然ASML是一家荷兰公司,但他背后却有着欧盟以及美国的力量,多关键技术都由美国以及欧盟国家提供。比如德国先进的机械工艺以及世界级的蔡司镜头,再加上美国提供的光源,这就使得ASML公司在光科技术方面飞速发展,几乎到达了无人能敌的境地。

因为背后有美国的力量,所以ASML一直以来都禁止向中国出口高端光刻机。

准确抓住了技术转折点

目前世界最顶尖的光刻机有三个厂家,分别是ASML,尼康和佳能。2007年之前这三大厂家其实并没有太大的差距,竞争的转折点是出现在2007年。2007年ASML配合台积电的技术方向,推出了193纳米的光源浸没式系统,在光学镜头和硅晶圆片导入液体作为介质,在原有光源与镜头的条件下,能显著提升蚀刻精度,并成为高端科技的主流技术方案。而当时日本的尼康与佳能却主推157纳米光源的干式光刻,这个路线后来被市场所放弃,也成为尼康跟佳能迈入衰退的一个转折点,后来才有了ASML的垄断。

技术分工与合作

虽然ASML的研发人员占员工总数的比例达到4成左右,但是ASML很多技术都是外包,这样可以让ASML专注于核心技术与客户需求,大大提高研发的效率。

对细分技术领域企业的控制

生产光刻机对技术的综合要求非常高,这里面涉及很多技术领域,为了获得全球最顶尖的技术,ASML先后投资了很多企业。比如2007年收购了美国的Bion,强化了专业光刻检测与解决方案能力;2013年完成对紫外光源龙头 Cymene的收购,2016年获得光学镜片龙头德国蔡司24.9%的股份,这两项投资进一步加强了ASML在极紫外光领域的领先优势。

PS:

EUV(极紫外光源)光刻机,是生产7nm制程芯片必不可少的设备,我们熟知的华为麒麟芯片、高通骁龙芯片,三星Exynos芯片的制造都离不开该设备。可以说没有EUV光刻机就生产不出顶级的处理器,如果台积电不给华为代工,华为就得退出中高端手机市场!

目前仅有由荷兰飞利浦公司发展而来的ASML(阿斯麦)一家可提供可供量产用的EUV光刻机,在全球市场处于绝对垄断地位。因此ASML对于EUV光刻机的供货重要性不言而喻,同时一台光刻机的价值不菲,超过一亿美元!

EUV光刻机制造难度极高,基本代表着人类科学技术,工业制造各领域最高成果。需要多个国家、多个领域顶级公司同力合作,才能制造出来,基本代表着人类科学技术的顶峰!EUV光刻机在研发初期耗费了大量的资源,三星、台积电、英特尔共同向ASML注资52.59亿欧元,用于支持EUV光刻机的研发。随后ASML收购了全球领先的准分子激光器供应商Cymer,并以10亿欧元现金入股德国著名光学系统生产商卡尔蔡司,加速EUV光源和光学系统的研发进程,这两次并购也是EUV光刻机能研发成功的重要原因。

EUV光学透镜、反射镜系统需要极高的精度。举例来说,一台EUV机台得经过十几面反射镜,将光从光源一路导到晶圆,最后大概只剩下不到2%的光线。反射镜的制造难度非常大,精度以皮米计(万亿分之一米)。ASML的总裁曾说过,如果反射镜面积有德国那么大,最高的凸起不能超过1公分。

光刻机光刻过程必须在真空中实现,原因是极紫外光很娇贵,在空气中容易损耗。同时,在光刻过程中,设备的动作时间误差以皮秒计。(备注:皮秒=兆分之一秒)EUV除了售价高昂,技术复杂之外,耗电能力也十分恐怖。驱动一台能输出 250 瓦功率的 EUV的机台,需要输入0.125万千瓦的电力才能达到,换句话来说,就是一台输出功率250W的EUV机器工作一天,将会消耗3万度电,这个数字确实吓人。由于极紫外光的固有特性,产生极紫外光的方式十分低效,世界第二大内存制造商、韩国的 SK 海力士代表曾表示,“EUV 的能源转换效率(wall plug efficiency)只有 0.02% 左右。”

默认 提问 在 7月 19, 2021 在 半导体.
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1 答案

荷兰光刻机,甚至所有光刻机都使用了美国的零件和技术,而这些零件只有美国能够生产。

美国限制使用其技术的国家,不能向华为等企业出口。

默认 回答于 在 7月 19, 2021。
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