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为什么全世界只有荷兰能够制造顶级的光刻机?电镀镍

时间:2019-08-24 17:14:09 来源:纳金机械网 浏览量:3

2019-04-02 15:20:19来源: 贤集网

Asml垄断了全球的高端光刻机市场,他是从飞利浦公司分拆出来的,保留了曾经大部分飞利浦的人员,本身技术实力雄厚,而且对于合作企业aaml要求对方入股,所以也保证了和合作伙伴是利益共同体。

2017年全球光刻机总出货294台,其中ASML共就出货198台,占全球68%的市场份额,2017年asml卖出的单台EUV机价格超过1亿欧元。

1、飞利浦的研发实力

ASML最开始是飞利浦光刻设备研发小组。1971年开始研发,在1973年就研发了新型光刻设备,最后因为亏损太厉害,成本太高,分拆出来了,但所有的团队都保留了下来。

2、巨大的研发费用

Asml每年将营业收入15%用于研发,2017年研发费用高达97亿人民币,所以越投入技术越强,而竞争对手尼康和佳能都跟不上发展了。

3、专注于技术

Aaml处于荷兰,几乎没有上下游产业,所以90号以上的零件向外采购,这样就可以把精力全部用于研发了。而且核心的研发技术根本不外传。

4,打造上下游利益共同体

Asml要求所有合作伙伴必须投资它,否则就不合作,所以其他厂商比如因特尔,三星,台积电都有asml股份,也可以分工,这样asml发展越好,其他厂商也有分成,这样就绑在了一条船上。

5、积极收购技术公司

ASML为了拓展技术实力,收购了很多企业,比如在2007年以2.7亿美元收购了美国计算光刻领跑者Brion,2012年以26亿美元收购了准分子激光源提供商Cymer,2016年以1000亿收购了HMI。

你认为我国芯片产业能发展起来呢?

荷兰ASML公司在光刻机市场,特别是高端光刻机市场长期占据着垄断地位。那么全世界为什么只有荷兰才能够制造顶级的光刻机?

为什么连美国、德国、日本这些科技专精的国家都没有一家企业能够与荷兰ASML公司匹敌?有书君认为有以下原因:

1、研发费用

已经有高起点的ASML每年将营业收入15%用于研发,而2017年在光刻机投入研发费用高达约97亿人民币。

如今只能仰望ASML的尼康和佳能虽然曾经在光刻机上实力强劲,但是高研发费用也让这两家公司犯愁而不得不选择放弃光刻机高端研发。

而ASML在研发费用上另辟蹊径,仗着自己无可取代的90%市场份额占有率,降低光刻机的产能来吸引各方投资。

使得光刻机的研发过程不会出现资金断链的情况,而投资方也能得到优先购买权。

因为研发费用ASML从来不需太过考虑,所以ASML总是在研发路上走得比别人快。

在我国光刻机只能制造出90nm以制程的芯片时,ASML已经制造出7nm以下制程和低于5nm精度工艺的NXT2000i。

2、专注光刻机领悟

1984年荷兰飞利浦面临经营困境而裁员,ASML在那年从飞利浦独立出来。

因为飞利浦什么领域都想涉猎,导致最后解体。

于是ASML吸取教训,34年来专注研发光刻机技术,而没有涉足芯片或其它领域。

多年的沉淀下来的关键技术,造就了ASML在光刻机一方霸主的地位。

ASML最先进的EUV高达1亿美元,但是却是大家抢破头也难买到的珍品,ASML单就一款产品就可以直接垄断了高端光刻机的市场。

这是ASML长期专注所带来的成果。

3、资源共享的科技发展圈

欧洲科技发展模式为资源共享型,在认为荷兰ASML公司已经有足够先进的技术后,就不会再花费太多精力在研发光刻机上。

欧洲其它国家不仅不跟荷兰抢占光刻机市场,还为ASML提供光刻机重要的元器件。

德国提供了光学组件,美国提供了激光组件,英法提供芯片和软件,连日本也提供了光刻胶以及化工原料。

在这样的氛围下,ASML只需要专注于光刻机技术的研发,并回报给欧洲其它国家想要的先进光刻机,就能够实现各方互利共赢的局面。

4、收购公司,互补技术缺陷。

ASML在2007年以2.7亿美元收购了美国计算光刻领跑者Brion,Brion致力于检测光刻缺陷及提出相应修正解决方案。

2012年ASML又以26亿美元收购了世界领先的准分子激光源提供商Cymer,使得新型光刻机极紫外(EUV)研发进度加快。

2016年ASML以1000亿收购了世界最大的专营电子束检测技术的HMI,因为HMI可以互补ASML的曝光技术。

这样一个集多方力量支持又在研发路上渐行渐远的ASML是很难超越的。

有书君认为,这样的ASML如果一直保持这个态势,而其它国家不争不抢,那么ASML继续垄断高端光刻机,甚至抢占100%市场份额也不是不可能。

如今,中国正在研发28nm制程的光刻机,希望在2019年进口了ASML的EUV光刻机后,中国研发团队能够研发出更精进的光刻机,打破ASML独占高端光刻机的局面。

12月初,中芯从荷兰定制的一台7nm节点的EUV光刻机因为火灾,不能按期交付。翘首以盼的光刻机并没有成功进入我国,我们没有必要猜测到底是火灾还是其他原因。事实已经形成,我们只能默默接受,暗自发力。

我们,先理解几个概念,什么是光刻机?荷兰的光刻机厂家是谁?这家企业有什么了不起?

光刻机是指机器在硅片上通过涂底、对准曝光、硬烘、刻蚀等工序将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程。而这里的技术复杂,一般的只有少数几个企业才能掌握,排名第一的就是荷兰的ASML。它在中高端市场,占据大约六成的市场份额;高端市场,占据八成左右的市场份额。

那么,为什么这一家企业这么厉害呢?要知道不仅仅是我国的中芯需要依靠它的光刻机,而且台积电,三星、英特尔都需要使用它的光刻机,当然这几家和ASML有着千丝万缕的关系,这种关系在于它们持有ASML的部分股份,这就有利于ASML的迅速发展,因为这三家都是高端芯片的主力。

而ASML技术的优越性,一大部分原因是在于三星、台积电、英特尔这些企业的参与,它很聪明,将不会的技术,通过股份的方式,将那些握有技术的企业拉进来研究。但是,他们签订的股份并不是长久的,比如英特尔起初投资了41亿美元,占股份15%,如今已经减持到了3%左右。以“股份”换“技术”,这是ASML的老套路。

我们说,ASML能够生产出光刻机,不是因为它在荷兰这样一个国家,而是因为它是集合了众多的技术公司,它等于是一个全球化的企业的合集,美国技术、韩国技术、德国技术的合成,让它的发展不会被淘汰,也很难有企业可以抗衡它。

但是,中芯预定的光刻机被烧,这件事让我们警醒,技术只有掌握在自己手里才能进步。2018年11月29日,中科院研制的“超分辨光刻装备”,这是首台紫外光源实现的22纳米分辨率的光刻机,虽然和7nm以内的光刻机还存在差异,但是中科院的研制正式对于我们国家自主光刻机的一种鼓舞。虽然,这条路很长,但是我们会一直走下去。

这个为什么,主要是多年技术积累加上强有力的资金支持吧。

曾经在Fab里工作过,光刻机方面,只有一台孤零零的在一个角落里是尼康的,其他全部都是ASML的。在我看来,ASML的光刻机外表方方正正,体积庞大,跟一座小房子差不多,实际上,确实里面有空间可以进去人。像刻蚀部门的设备技术员,天天十分忙碌,一会儿应用材料机台故障,一会儿日立的出问题,再要么东京电子的设备要整修,忙个不亦乐乎。光刻那边的设备技术员就轻松多了,机器有问题了也轮不到他们去修,一般都要找ASML自己的工程师才能解决,因为这机器实在是太贵了,动辄几千万欧元,随便一个零件就顶一套房,万一搞坏了损失可就太大了。

ASML是一家荷兰公司,专门制造光刻机,实力强大,绝对垄断,全球80%份额的光刻机都是它的。而且它只造光刻机,凭此一项销售额就在所有半导体设备供应商里遥遥领先,仅次于应用材料。而ASML市值很高,更是远超应用材料。可以说在整个半导体领域,ASML都有着绝对超然的地位。

它为啥这么牛,主要还是因为多年的技术积累加上稳定的供应商体系。制造光刻机,单说原理不是很难理解,就好比一台超大的单反相机,但是里面牵涉的各类技术却是极其复杂的,对精度的要求之高,只能用变态来形容。光刻机的核心部件之一就是镜头,最好的镜头是有技术最好的师傅打磨的,据说全球有这种好技术的师傅也没有几个,现在最先进的EUV光刻机就是采用了蔡司最好的镜头,没有之一。日本人造机台很厉害,但是在光刻机上只能甘拜下风,ASML机台有个交叉传送晶圆的技术,据说日本一直想模仿,但就是把控不好,隔断时间就会撞片,ASML的机器就从来不会。

ASML不是一家独立的公司,全球最大的几家半导体生产商都是它股东,英特尔、台积电、三星,所以它有充足的资金研发技术,曾经有段时间调查说,ASML是全球研发资金比重最高的公司。几个大股东不仅提供资金支持,而且它们是芯片研发设计和生产的顶级公司,反过来也可以促进ASML一直进行技术革新,处于绝对领先地位。

不过遗憾的是,以美国为首的反动势力控制了ASML,最先进的光刻机不能卖给中国大陆,理由说是大型光刻机也可用于军事。这种技术封锁一时半会很难打破,而自主研发大型光刻机,光有钱是远远不够的,还必须要有经验技术的积累,放眼整个我国半导体产业来说,依旧是任重而道远。

作为生产芯片的最为关键的设备之一,光刻机被业界誉为集成电路产业皇冠上的明珠,其设备的性能直接影响到整个微电子产业的发展,因此研发的技术和资金门槛非常高,像日常使用的手机CPU制造工艺都离不开光刻机。

1、荷兰占据光刻机市场的龙头老大

荷兰的ASML(阿斯麦),是全球有名的光刻机制造商,目前在高端市场上一家独大,它的客户主要是IBM、TSMC和Intel等芯片巨头,已经占世界市场份额的90%,而光刻机市场第二、第三的尼康和佳能被远远甩在后面,只能做中低端市场。

ASML最先进的EUV(极紫外光)光刻机已经能够制造7nm以下制程的芯片了,单台机器售价已经超过了一亿美元。相比之下,中国完全自主生产的光刻机只有90nm的制程,差了一大截,进步空间很大。

2、荷兰光刻机申请专利达世界之最

事实上,ASML并不是一家自我成长起来的公司,而是从著名电子制造商飞利浦独立出来的一个公司。要知道,飞利浦可是世界上最大的电子品牌之一,在欧洲名列榜首,ASML的成长肯定离不开飞利浦的技术和资金的支持。

打铁还需自身硬,光靠别人的帮助难以自立,ASML还注重技术研发,整个高层都十分关注科研的进展情况。单单以最先进的EUV光刻技术为例,ASML就获得了世界第二的专利申请量,可见里面有多少自己的核心技术。

3、荷兰要求建立特殊的合作关系

合作共赢也是ASML获得成功的关键因素,ASML的大股东是英特尔、三星和台积电(TSMC),这意味着它们不仅是股东、还是客户。ASML有一个与众不同的合作原则:必须入股,才能获得最优供货权,这就为ASML的持续发展扩大提供大量的资金,而且还可以巩固市场的占有率。

除了提供资金支持外,合作伙伴还为ASML提供更多的技术支援。比如说刚刚提到了ASML在EUV光刻技术上拥有世界第二的专利申请量,而世界第一是德国的蔡司公司,第三是韩国的海力士公司,这两家公司都是ASML的合作伙伴。

4、整合全球供应链提高产品竞争力

此外,ASML的光刻机中超过90%的零件都是面向全球采购,由于整合了全世界最优质的零部件,ASML具备了制造出最尖端光刻机的基础条件,能够专注于如何提高设备的制造水平,同时也可以及时对准客户需求,久而久之形成了行业竞争力,而不像什么都自己研发和生产的尼康和佳能。

不过,别人再厉害也与我国没关系,ASML高端的光刻机对中国是禁售的,中国只能买到ASML的中低产品,这造成了目前中国半导体工艺难以提升上去。与近期中兴事件带给我们的警示同样,中国任何时候都要高度重视自主创新,毕竟我们只能靠自己。

首先介绍光刻机是什么,之后再从光刻机的发展历史中找出为何最后会是荷兰成为了光刻机领域的老大,最后再总结其成功经验。

光刻机是什么

我们先介绍光刻机在半导体制造中的地位和作用。

在集成电路的制造工艺中,有道核心工序叫光刻。光刻的作用是将芯片设计的版图信息从掩膜版上转印到半导体材料衬底上。光刻工艺的基本原理是利用涂敷在衬底表面的光刻胶的光化学反应作用,记录掩膜版上的电路图形,从而实现将集成电路图形从设计转印到衬底的目的。简单理解起来就是,平常我们照相机拍摄的照片会留在底片上,而光刻机拍摄的图形则留在衬底上。

而光刻工序会用到两种工艺设备,即轨道和光刻机。通常,涂胶机和显影机集成在一起,业内称之为轨道。光刻机是集成电路生产线上最昂贵且最复杂的核心设备。目前最先进的EUV光刻机NXE 3350B售价超一亿美金,基本是等同一架波音737的价格。而光刻机的精度决定了集成电路的集成度。

光刻机发展历程

光刻技术经历了接触/接近式光刻、光学投影光刻、步进重复光刻、扫描光刻、浸没式光刻、EUV的发展历程。如下图所示。

光刻机发展早期也是处于群雄混战的状态,光刻机设备厂商众多。20世纪60年代,接触式光刻机出现,并被广泛应用,其主要用于生产特征尺寸大于5um的集成电路。但由于在接触/接近式光刻中,掩膜版会在曝光中受到污染,而且污染缺陷率较高。

到了20世纪70年代开始出现投影光刻机。投影光刻机是将掩膜版上的电路图形通过投影曝光衬底上的光刻胶,从而将图形转印、记录到光刻胶上。早期的投影光刻机的掩膜版与衬底尺寸比例为1:1,通过扫描方式完成整体衬底的曝光过程。

随着集成电路特征尺寸的不断缩小和衬底尺寸的增大,缩小倍率的步进重复光刻机问世。世界上第一台商用步进重复光刻机由美国GCA于1978年推出。而在20世纪80年代,尼康和佳能凭借超精密光学和机械能力加入竞争,到1995年这两家日本公司以70%以上的市场占有率统治着市场。而当时AMSL虽然也是光刻机市场的主要供应商,但是仍敌不过日本两大巨头。后来在2000年底ASML兼并了美国光刻机巨头SVGL,市场占有率提升至37%,成为行业第一。

后来随着技术的发展,当集成电路图形特征尺寸小于0.25um时,由于集成度的提升,衬底尺寸增大,促使更为先进的步进扫描光刻机问世。现在步进光刻机的主要生产厂商包括:ASML(荷兰)、尼康(日本)、佳能(日本)和SMEE(中国)。目前上海微电子装备股份有限公司(SMEE)研制的90nm高端步进扫描投影光刻机已完成整机集成测试,并在客户生产线上进行了工艺试验。

ASML领先的关键转折点

当光刻技术进入到步进扫描光刻机时代,市场主要由三家巨头垄断,分别是ASML、尼康、佳能。

过去步进扫描光刻机通过配置不同的曝光光源,步进扫描技术可支撑不同的工艺技术节点,光源波长经历了从365nm,到248nm,到193nm。更小波长的光源对光刻机而言意味着更高的分辨率。

到了193nm波长光源要再继续往下走时,业内当时出现了两种声音。大部分企业包括尼康、佳能都选择研发157nm波长的光源,但是157nm波长的光源迟迟无法商用化。就在这时,台积电的林本坚提出了193nm浸没式,通过浸润式微影技术可以用193纳米的光刻镜头,用水作为介质,由于水的折射率大于1,进入光阻的波长缩小到了134纳米。

最终在2004年,台积电和ASML共同完成开发了全球第一台浸润式微影机台。随后,台积电启用全世界第一台193纳米“浸润式微影技术”机台,正式跨入65nm线宽的生产。这一技术成为此后65、45和32纳米线宽制程的主流,推动摩尔定律往前推进了三代。

而在这个技术节点的选择上,尼康、佳能由于判断失误,延续过去技术思路,死磕波长更小的157nm光源未果。这一技术的战略判断失误,不仅意味着过去投入的几百亿资金打水漂了,而且意味着在于ASML的竞争中彻底落败。结果原先尼康的客户如因特尔也只能被迫选择ASML。

经此一战,ASML一举奠定王者地位,彻底拉开对尼康和佳能的领先优势。后来台积电、三星、因特尔担心ASML的设备会优先供给竞争对手,因此三家一起入股了ASML。这成为了半导体投资领域的一段传奇佳话。而这三家巨头的投资进一步确定了ASML在光刻机领域的霸主地位,ASML从此再无对手。

ASML成功经验总结

1、敢于接受新技术

在业界主流都选择157nm光源的技术路线时,敢于接受台积电提出的新技术,同台积电一同研发,走不同的道路,最终逆转成为业界主流。

2、具有全球视野,坚持开放式创新

ASML是一家具有全球视野的公司,其光刻机中90%的零件是向外采购,这个比例远高于尼康和佳能,这种高度外包的策略,使得ASML得以快速集成各领域的先进技术,而自身则专注于客户需求和系统整合。

3、善于运用资本,利用投资和并购,做大做强

ASML 1984年从飞利浦独立出来,在2000年底兼并了美国光刻机巨头SVGL,2013年收购美国准分子激光源企业Cymer公司,通过并购大大增强了公司实力。同时还让台积电、三星、英特尔三家联合投资,一举奠定了霸主地位。

ASML的这些成功经验,值得国内发展半导体产业借鉴和学习。

参考资料:1、《集成电路产业全书》

2、《芯事》

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