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阿斯麦:向中国出口DUV光刻机无需许可/为何中国还没有造出极紫外 EUV 光刻机

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一、阿斯麦:向中国出口深紫外DUV光刻机无需许可

2020年10月16日 第一财经网

原标题:光刻机龙头阿斯麦:从荷兰向中国出口DUV光刻机无需许可证

“根据当前法规,ASML(阿斯麦)无需获得美国出口许可证,便可继续从荷兰向中国客户出货深紫外DUV光刻系统;对直接从美国发货系统或零件到受法规影响的客户,ASML需获得许可证。”光刻机龙头ASML 总裁兼CEO Peter Wennink 在季度财报说明会上对中芯国际等中国客户出货情况做了解释。

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10月14日,ASML发布2020年第三季度财报。报告显示,ASML该季度营收39.58亿欧元,较上年同期增长32.5%;净利润更是达到了10.62亿欧元,同比增加69.4%。其中来自中国大陆营收占比21%。ASML预计,今年来自中国大陆客户的销售额将增长到10亿欧元以上。Peter Wennink 表示,ASML在中国有四五个主要的大客户,今年中国大陆地区的销售更多来自逻辑芯片代工业务,但明年存储业务收入将更高。

10月4日晚,中芯国Semiconductor Manufacturing International Corporation简称SMIC在港交所公告,公司知悉,美国商务部工业与安全局(BIS)根据美国出口管制条例向部分供应商发出信函,对向中芯国际出口的部分美国设备、配件及原物料会受到美国出口管制规定进一步限制,须事前申请出口许可证后,才能向中芯国际继续供货。

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中芯国际(SMIC)表示,正在评价该出口限制对本公司生产经营活动的影响。基于部分自美国出口的设备、配件及原材料供货期会延长或有不准确性,对于公司未来生产经营会产生重要不利影响。

对此,ASML称,了解美国商务部对中国特定公司要求,“ 我们旨在尽最大能力为全世界所有客户提供服务和支持,同时遵守我们运营所在辖区的法律和法规。”不过,ASML并未提到有关最先进EUV光刻机向中国出口的政策。

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在被分析师问到美国禁令下其他半导体设备对中国晶圆代工限制时,Peter Wennink 指出,有很多半导体设备都有替代方案。“当中国客户在看其他的半导体设备时,都有一些替代方案。当涉及到EUV时,日本有很多工具;在检测设备方面,除了美国以外,在日本、荷兰甚至世界其他地区都有替代方案。对于中国公司而言,要找到光刻机的替代很困难,这是晶圆代工厂中最关键的工具,但目前的订购规则允许我们出货光刻机。“

今年三季度,ASML出货了10台EUV光刻机,另有四台则是上季度交付本季度确认收入。ASML当季来自EUV光刻机的收入占总收入的66%。“EUV首次超过DUV收入, 这进一步证实了EUV已进入大批量生产的节奏,并且是我们核心运营活动不可或缺的一部分。“ASML CFO Roger Dassen 指出。

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据悉,积电Taiwan Semiconductor Manufacturing Company简称tsmc最近举行年度技术研讨会,会上透露公司涉及到未来芯片制造业务信息。包括关于台积电先进工艺节点新细节,比如 N5、N4、N3 和 N12e。台积电还透露了其在尖端制造实力方面的情况。台积电现在占据业界 EUV设备安装量的 50%,还拥有约 60% 的 EUV 晶圆累计产量

台积电的 N7 + 制程是该公司第一个利用 EUV 光刻技术的节点,而N5 制程将更倾向使用 EUV 光刻技术。5nm 以后任何产品都将广泛采用 EUV 光刻技术。目前已知的的 EUV 工艺包括台积电的 7 + 和 N5、三星的 7LPP及下面任何工艺,英特尔的EUV 工艺要到2021年才进入 7nm 产品。

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ASML 是全球唯一生产销售 EUV 光刻设备公司,台积电已从 ASML 购买 30-35 台设备。估计ASML 已售出 70 台机器,2020 年底会卖到 90 台。《科创板日报报道》,阿斯麦 ASML 公布 EUV 新机型 TWINSCANNXE:3600D 最终规格,这是 30mJ/cm2 的曝光速度达到每小时曝光 160 片晶圆,提高了 18% 的生产率,并改进机器匹配套准精度至 1.1 纳米,计划于 2021 年的中期开始发货

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二、为何中国还未造出最先进的极紫外 EUV 光刻机?

2020年10月15日 胖福小木屋

我们知道,光刻机有很多种类,比如前道光刻机、后道光刻机,后道光刻机主要用于封装,前道光刻机又分为面板光刻机和芯片光刻机。

我们常说的光刻机,主要指前道光刻的芯片光刻机。芯片光刻机分为紫外光源(UV)、深紫外光源(DUV)、极紫外光源(EUV)。按发展轨迹,最早光刻机光源为汞灯产生的紫外光源(UV);之后是准分子激光深紫外光源(DUV),将波长缩小到ArF的193 nm。为提供波长更短的光源,极紫外光源(EUV)为业界采用。

目前主要是将二氧化碳激光照射在锡等靶材上,激发出13.5 nm光子,作光刻机光源。世界仅有由荷兰飞利浦公司发展而来的ASML可提供量产EUV光刻机,ASML对光刻机供货的重要性不言而喻,而一台EUV光刻机价值不菲。

中国目前最先进的芯片光刻机是上海微电子SSA600系列。SSX600系列步进扫描投影光刻机可满足IC前道制造90nm、110nm、280nm关键层和非关键层光刻工艺需求。上海微电子将于2021年交付28nm光刻机。

上海微电子是中国负责攻坚光刻机的核心企业,2002年光刻机被列入国家863重大科技攻关计划,由科技部和上海市共同成立的上海微电子装备有限公司承担。上海微电子之所以花费18年才造出90nm光刻机,主要是因为零件的关系,光刻机需要体积小、功率高而稳定的光源。

ASML的顶尖光刻机,使用波长短的极紫外光,光学系统极其复杂,而光刻机的镜头,由20多块锅底大的镜片串联组成。由高纯度透光材料+高质量抛光。ASML的镜片是蔡司技术打底。镜片材质均匀,需几十年到上百年技术积淀,德国一些抛光镜片工人,祖孙三代在同一公司的同一个职位。

中国不像ASML,可获取最顶级零件,因为这些零部件来自美日欧等发达国家,只能自己研发生产,所以进度很慢。中国在紫外光源、光学镜片、工作台等领域和国际先进水平差距明显,光源已实现45nm小批量生产,工作台精度已达28nm,配套能力不足是国产光刻机发展的最大不利因素。

随着芯片制程越来越小,技术难度越来越高,摩尔定律放缓,台积电表示2024年后可能实现量产2--1nm,而ASML第二代EUV系统2021年问世实现1.5nm光刻 。对中国而言是一个非常好的机会,中国想在2030年实现EUV光刻机国产化。

从1956年的光刻技术萌芽,光刻机已经发展了5代,最主要的还是光源改进,每次光源改进都显著提升升光刻机的工艺制程水平及生产效率。从436纳米到365,再从248到193,然后到现在的极紫外光刻13.5纳米波长。通过技术升级,可实现9、8、7、6、5、4纳米甚至3纳米制程芯片生产。

从价格上说,DUV光刻机比EUV光刻机便宜太多了,ASML生产的一台EUV光刻机价格高达1.2亿欧元,折合人民币10多亿元,被称为“天价”光刻机。相对来说,成熟的高端DUV光刻机只有5.8亿人民币,价格比EUV光刻机便宜一半,虽然同样很贵,但一台EUV光刻机快顶两台DUV光刻机了。

作为最新一代光刻技术,被行业赋予拯救摩尔定律的使命,极紫外光刻技术代表当前应用光学最高水平。和英特尔90年代预研EUV技术一样,自上世纪90年代起中国长春光机所开始专注EUV/X射线成像技术研究,着重开展EUV光源、超光滑抛光技术、EUV多层膜及相关EUV成像技术研究,形成了极紫外光学的应用技术基础。

2008年国家“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”科技重大专项将EUV光刻技术列为“32-22nm装备技术前瞻性研究”重要攻关任务。长春光机所联合中国科学院光电技术研究所、中国科学院上海光学精密机械研究所、中国科学院微电子研究所、北京理工大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学开展了“极紫外光刻关键技术”项目研究。

2017年,长春光机所承担的“极紫外光刻关键技术研究”通过验收,突破了制约中国极紫外光刻发展的超高精度非球面加工检测、极紫外多层膜、投影物镜系统集成测试等核心技术,成功研制波像差优于0.75 nm RMS 两镜EUV 光刻物镜系统,构建了EUV 光刻曝光装置,首次获得EUV 投影光刻32 nm 线宽光刻胶曝光图形,建立了较完善的曝光光学关键技术平台。

2018年11月30日,中国科学院成功研制出世界首台分辨力最高紫外超分辨光刻机光刻分辨力达22纳米,结合多重曝光技术后,可用于制造10纳米级别芯片。

七年磨一剑,中国自主研发的紫外超分辨光刻机,终于来了!

这不是引进不是模仿,而是自主研发,世界首台。消息一出,科技圈炸了锅。要知道,该光刻机使用365nm光源,单次曝光做到22纳米。22纳米是什么概念?头发直径约80微米,22纳米是头发直径1/3600。光刻机能在头发表面,加工各种复杂结构。使用365nm光源,相当于用很粗的刀,刻出一条极细的线,打破了传统衍射极限!

中国虽和英特尔一样在90年代就预研EUV技术,英特尔当时集合摩托罗拉和 AMD,以及美国三大国家实验室成立 EUV LLC组织,在解决EUV技术难题后,立即将方案交给ASML。ASML可轻松获取最顶级零件,有德国的光学设备和超精密机械、美国的计量设备和光源设备。一台 EUV 光刻机重达 180 吨,超过 10 万个零件,需要 40 个集装箱运输,仅安装调试就超过一年时间。

但中国没有这个条件,中国在2017年攻克部分EUV技术难题时,ASML已开始量产极紫外光刻机了。ASML作为芯片加工设备光刻机的第一强者,目前占据全球大部分市场份额,只有日本的两家光刻机公司(尼康和佳能)稍有竞争的潜能,但也只是占据很小的市场份额。即便是科技最发达的美国,也不能独自完整生产出光刻机,只能参与控股ASML。

而且,中国在攻克EUV技术难题形成一个完整制造方案后,上海微电子即使有量产的能力,但许多最顶级的零件依然无法获取,这大大制约了中国的进程。中国不是和一个企业在PK,而是和一个发达国家联盟在角力,所以中国必须要集全国之力,才能完成这样艰巨的任务。

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EUV光刻机之所以这么贵,主要是涉及精密光学、精密运动、精密物料传输、高精度微环境控制等先进技术,是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备,虽说EUV光刻机只有ASML产,但却是英特尔、三星和台积电等巨头多年研发的结果,短期内指望EUV光刻机降价很不现实,这也是掌握先进芯片制造技术的关键。

在接下来的10年里,中国面临的问题会越来越多,当你在不断走向胜利时,外部的阻力就会疯狂将你扼杀在通往胜利的路上。

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光刻机作为生产制造半导体芯片的关键设备,其技术和先进性直接影响着芯片的工艺性能。目前热门的7nm级芯片,台积电和三星基本采用ASML的EUV光刻机制造,产能也趋于稳定。然而,很多人认为想造7nm芯片只能靠EUV光刻机,其实使用传统DUV光刻机也可以制造的。

在华为被美国遭封杀之后,国产替代成了半导体企业关注的重点。作为中国最大,技术最先进的半导体代工厂家,中芯国际被寄予厚望。中国目前的芯片工艺还在14纳米,世界顶尖的三星、台积电等已量产7纳米芯片,正在研究3、2纳米技术。中国落后世界最尖端二三代,时间上相差3~5年。

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迫于美国的压力,荷兰制造商ASML延迟交付极紫外(EUV)光刻机给中芯国际中芯国际是大陆最牛的芯片制造企业,而荷兰阿斯麦ASML是芯片制造关键设备光刻机,EUV光刻垄断地位核心供应商,仅此一家,没有替代。也就是说,要想制造出7nm以及更先进制程芯片,没有晶圆厂能离开ASML。

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不过,近日有报道称,在大规模量产14nm工艺后,中芯国际的N+1代工艺已进入客户导入阶段,有望于2021年进入量产。对此,中芯国际回应,该公司的第一代FinFET 14nm工艺已于2019年第四季度量产,第二代FinFET N+1工艺已经进入客户导入阶段,可望于今年底小批量试产。在没有使用EUV光刻机情况下,中芯国际实现了14nm以下先进制造工艺,不能不说是个突破性进展。

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根据中芯国际解释,在效率方面,该公司的N + 1工艺与台积电7nm节点“几乎相同”。台积电N7级节点是世界上最先进的节点,仅次于其5nm EUV工艺,这本身就是个大胆的主张。仔细研究一下,尽管N + 1有效,就性能和密度而言,还远远不够。与SMIC自己14nm工艺相比,N + 1降低57%功耗,逻辑芯片面积减少63%,但性能提升仅20%左右。相比之下,台积电的7nm节点与14nm节点相比,性能提高35%,功率效率提高55%,密度提高3.3倍。另一个问题是,中芯国际N + 1工艺的生产成本比台积电7nm工艺的生产成本高得多,后者与产量直接相关。

按照中芯国际的回应,2020年底小批量试产N+1工艺,那可以预见量产也就不远了。

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常见光源分类对比

可见光:g线——436nm;

紫外光(UV):i线——365nm;

深紫外光(DUV):KrF准分子激光——248 nm;ArF 准分子激光——193 nm等;

极紫外光(EUV):10 ~ 15 nm。

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  (改写编辑:未平) 


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光刻机 阿斯麦ASML: 中国 出口DUV光刻机 许可证 EUV 光刻机

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