光刻机之所以重要,因为它是芯片制造的核心设备,它的先进程度决定着芯片制造的制程水平。因此,晶圆代工厂要发展更先进的制程,就需要购买更先进的光刻机。
于是,谁掌握了先进光刻机技术,谁就能迅速拿下更多市场份额。荷兰ASML因为率先并独家掌握EUV技术,成为绝对的光刻机霸主。不过,EUV技术也迎来挑战!
最早的光刻机霸主其实是美企三巨头GCA、优特、珀金埃尔默,后来被日本半导体产业兴起,尼康和佳能超过美企成为新光刻机霸主,当时号称日本“光刻机双雄”。
随着芯片制程不断缩小,从上世纪90年代开始,光刻机竞争就集中在了光源波长的竞争,之前的光刻机光源的波长已经从365nm降低到193nm,再往下就出现分歧。
当时光刻机巨头尼康依然坚持传统光刻技术,投入巨资继续研发干式157nm光源。
到2002年时,台积电专家林本坚提出湿式光刻技术,也就是“浸润式光刻”。传统光刻机技术中,镜头和光刻胶之间介质是空气,林本坚提出在光刻胶上方加一层水。
采用林本坚这种方法,能够在不改变光刻机波长的情况下,做出等效134nm的波长。
尼康尽管在干式光刻技术研发上还没有成果,但已经投入巨额研发费用,很难更改研究方向,于是就没有采纳林本坚技术,而这个决定让尼康错失了光刻机霸主地位。
当时并不起眼、还在苦苦挣扎的ASML决定放手一搏,和台积电共同研发浸润式光刻机,很快于2004年推出浸润式DUV,2007年就成为主流,ASML成为新的霸主。
不仅这次,在接下来的EUV技术研发中,英特尔牵头成立了EUV研发联盟,拒绝尼康加入,ASML积极争取,在答应某些条件后,独享EUV技术,如今独家垄断EUV。
如今,ASML依然独家生产EUV光刻机,还更进一步推出了更高端的High-NA EUV。
ASML凭借技术优势,占据了全球光刻机市场80%左右的市场份额,日本尼康和佳能各自仅剩下10%左右。不过,尼康和佳能也并没有放弃,一直在努力追赶ASML。
其中,尼康选择研发浸润式光刻机,也推出能实现5nm制程的DUV,但产量不太大。
而佳能则选择了另一条技术道路,就是NIL纳米压印光刻技术,据说现在已经可以实现5nm制程的芯片,2025年实现2nm级别,关键是该技术比EUV成本低10倍。
如今,佳能的NIL光刻机已不是技术层面,而是进入产线量产应用,日本铠侠已经将NIL技术运用在15nm NAND闪存上。随着NIL技术的完善,必然会威胁到EUV。
不仅如此,日本近日又传来新消息,高能加速器研发组织近日研究发现,可利用粒子加速器实现更短的EUV光源波长,并且成本可降低数倍,能替代现有EUV光源。
由此可见,日本并不甘心光刻机被ASML超越了,一直在积极研发,想要实现反超。
ASML虽然推出了更高端的High-NA EUV光刻机,但情况也不太乐观,之前仅英特尔一家购买,前段时间还传出台积电方面表示价格过于昂贵,暂时不考虑购买新款。
一台EUV已经1.5亿欧元,High-NA EUV已经高达3.5亿欧元,晶圆巨头也难承受。
不只台积电,日本Rapidus也表示暂时不会采购High-NA EUV。但ASML近日对外表示,台积电、三星等已经订购了High-NA EUV,并且他们还在研发更高端的EUV。
或许是看到EUV替代技术出现了,ASML紧急公布新方案,计划在2030年推出更高端的Hyper-NA EUV。之前,ASML技术官曾表示,High-NA EUV可能是最后的EUV。
因为Hyper-NA EUV的成本高到不可想象,High-NA EUV价格已经太高了,再高不知道还有没有晶圆厂能承受,但如果EUV竞争技术不断出现,ASML只能继续前行。
对我们来说,这些都是好的方向指引,我们也要加快相关技术研发,争取早日国产!