目前全世界能造EUV光刻机的就只有荷兰ASML一家,而真正能从ASML手里买到EUV光刻机的,数来数去目前也就台积电、三星和Intel这几家公司了。特别是台积电,因为这两年的先进工艺业务需求,几乎购买了ASML一半以上的EUV光刻机,这也是真舍得出血本了。

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之所以这几家公司都愿意高价购买ASML的EUV光刻机,还是因为在技术上,只有EUV光刻机能达到芯片进一步先进工艺的需求。无论是台积电、三星、英特尔的7nm、5nm及未来的3nm、2nm制程芯片,都要依赖ASML提供的EUV光刻机才能达成。而传统的DUV光刻机,最高能做到10nm左右也就到顶了。

从技术上来说,目前的EUV光刻机算是ASML的第一代产品,EUV光源波长在13.5nm左右,物镜的NA数值孔径是0.33,在这个基础上ASML发展了一系列EUV光刻机型号。比如最早量产出厂的是NXE:3400B,产能有限,一小时生产晶圆是125PWH,目前的出货主力是NXE:3400C,产能提升到135WPH。售价大概在1.2亿美元一台。目前三星、台积电以及Intel基本都是购买NXE:3400C这款EUV光刻机了,不过ASML今年底还有NXE:3600D系列出货,产能再进一步提升到160WPH,不过价格也会提升到1.45亿美元了。

不过对于第一代EUV光刻机来说,基本上达到2nm的芯片制程就差不多了,台积电和三星的3nm以及2nm工艺都是基于这一代EUV光刻机的。不过要想继续突破物理墙,达到1nm甚至以下的工艺,第一代的EUV光刻机技术和性能就无法做到了,因为物镜的孔径指标不够,解析度达不到要求,这样芯片制程就无法提升。

所以这两年除了改善第一代EUV光刻机的性能之外,ASML也在积极开发第二代EUV光刻机。按照ASML的计划,第二代EUV光刻机将是NXE:5000系列,物镜的NA孔径将提升到0.55,这样就能进一步提高光刻精度,如果台积电、三星想要突破1nm的芯片制程,那么就必须得使用第二代光刻机。

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之前坊间就有传闻,表示台积电和三星都积极预定了ASML的第二代EUV光刻机,因为这个公司都在芯片技术上投入巨资研发,并且彼此之间的竞争很激烈。不过第二代EUV光刻机的价格可不便宜,足足比第一代EUV光刻机的价格高出一倍还多,单个光刻机的售价高达3亿美元,绝不是一般芯片代工厂能承担得起的。

但真正让台积电和三星头疼的是,本来第二代EUV光刻机预计在2023年问世,届时也是3nm技术比较成熟,2nm技术开始量产的时候,第二代EUV光刻机届时恰好可以让三星和台积电顺利研发1nm制程。但是现在因为生产难度太大,ASML已经将第二代EUV光刻机的量产时间往后推延了,而且一跳票就是跳两三年,现在预计第二代EUV光刻机要在2025年或者2026年才能问世了。

这或许让台积电以及三星比较失望,不过对于芯片公司来说可能是个好消息。一方面芯片公司现在没有更高先进制程芯片的设计方案,或者说这不是优先级,3nm的芯片能用上更久,无疑对芯片公司的成本有所帮助;另一方面第二代EUV光刻机成本这么高,这就意味着台积电和三星的芯片代工费用也会提升,真要到1nm芯片,估计很多公司也给不起这个代工价格。现在看来,第一代EUV光刻机在未来五年里依然是最先进的光刻机设备,这也让芯片公司的生产成本,在未来面对更先进制程的时候,比如3nm或者2nm,不会溢出太高。

至于国内芯片代工厂,中芯国际还在用DUV光刻机,虽然中芯自己表示已经攻克7nm制程,但是没有EUV光刻机就无法量产。而纯国产的DUV光刻机,可生产28nm芯片的设备能不能在今年推出都是一个疑问,有消息称这两年希望都不大,而且良率和技术都差得太远,即使推出在未来较长一段时间里,也很难成为国内芯片代工厂的主力设备。