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「光刻機之王」荷蘭ASML,靠一台機器獨步全球,無人能敵

2024-07-21科技

荷蘭ASML公司,這是一家全世界都離不開的公司,它是全球唯一能夠生產最先進EUV光刻機的制造商,被譽為「光刻機之王」。EUV光刻機在當今世界是一個革命性的機器,目前全球的各類高端先進芯片,必須靠它才能做出來,被稱為「芯片制造的心臟」。ASML公司僅靠EUV光刻機就能獨步全球,無人能與之競爭。

ASML公司成立於 1984 年,是荷蘭電子巨頭飛利浦的子公司,最初時在荷蘭安多芬飛利浦辦公樓旁邊的一個漏水棚子裏進行研究。當時飛利浦面臨財務困境,並沒有在意這家小公司。可在ASML成立的第一年,就推出了首款光刻機器,這台機器使用精確的光線在矽晶圓上打印微小的設計以制造微芯片,這種技術被稱為光刻技術。最初版的光刻機器看起來像一台投影機。

2012年,為加快EUV光刻機的研發,ASML將其約四分之一的股份出售給其最大的三大客戶:英特爾、三星和台積電。ASML認為,加快 EUV 的研發最好的方法就是讓大客戶參與進來,成他們的股東。2017年, ASML公司終於推出了革命性產品——EUV光刻機,徹底顛覆了傳統的芯片制造工藝,並成為當之無愧的行業老大。

那麽,EUV光刻機到底是如何徹底改變芯片制造的呢?

芯片由矽制成,矽是一種在巖石和沙子中發現的豐富元素,經過純化、熔化,然後切成圓形晶片(簡稱「晶圓」) ,芯片就是在這種圓形晶片上用光線蝕刻而成的,而這個蝕刻的過程,就在由光刻機完成的。所以說,沒有光刻機,也就造不了芯片。

光刻機的光源波長對芯片制造有著關鍵影響。光源波長越短,就越能制造更小、更復雜的芯片。EUV 是指極紫外光,這是一種波長極短的光,波長僅5 奈米,可用來刻印更精細的電路,更多的晶體管,從而使得芯片處理速度更快,功能更強大。而上一代DUV光刻機使用的是波長為193奈米的深紫外光。EUV 相比於DUV,是一個質的飛躍,打個比喻,以前的農民種地靠鋤頭鐮刀,而現在都是開著大型農業機械幹活,這就像DUV和EUV的區別。

一台EUV光刻機每天可生產約 3,000 片晶圓。300 公釐的晶圓上可以有數百個芯片,每個芯片上多達100 億個晶體管。最小的晶體管比人的頭發細一萬倍以上。

每台EUV機器的成本高達 2 億美元,只有五家客戶有能力購買:美光、SK 海麗仕、三星、英特爾和台積電,後三者占 ASML 業務的近 84%。

在 EUV 出現之前,芯片制造商可以從三個公司中選擇DUV 光刻機器:ASML、尼康和佳能。但目前EUV 光刻機只有 ASML能生產。目前全球大量的低端芯片仍是由DUV光刻機生產,低端芯片市場需求依然很大,日本的尼康仍然是 DUV 光刻機的一大制造商。

有專家表示,任何其他公司可能需要幾十年的時間才能趕上ASML,這不僅是因為 ASML 的專利技術,還因為它與近 800 家供應商建立了復雜且通常是排他性的交易。這些供應商和ASML的關系就像結婚的夫妻,雙方都是獨一無二的,不可替代和更換。

一台完整的 EUV 機器實際上由七個不同的模組組成,每個模組均在 ASML 在全球 60 個生產基地中的六個制造基地之一制造,然後運送到荷蘭的安多芬 ,並在那裏重新組裝進行測試。然後再次拆解裝運,運輸需要 20 輛卡車和三架 747 飛機。

今年2月,ASML又向媒體展示了其新一代EUV光刻機,型號為:TWINSCAN EXE:5000。這台光刻機大小約一輛雙層巴士,重量約兩架空客A320飛機、價值高達3.5億歐元(約合27億元人民幣)。這台EUV可以制造8奈米線寬電路,比前一代小1.7倍,從而實作晶體管密度提高至2.9倍。

AI時代已經到來,AI的進步速度取決於芯片的進步速度,而芯片的進步速度,取決於光刻機的進步速度, 新一代EUV光刻機對未來的人工智慧發展至關重要。