荷兰ASML公司,这是一家全世界都离不开的公司,它是全球唯一能够生产最先进EUV光刻机的制造商,被誉为“光刻机之王”。EUV光刻机在当今世界是一个革命性的机器,目前全球的各类高端先进芯片,必须靠它才能做出来,被称为“芯片制造的心脏”。ASML公司仅靠EUV光刻机就能独步全球,无人能与之竞争。
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ASML公司成立于 1984 年,是荷兰电子巨头飞利浦的子公司,最初时在荷兰埃因霍温飞利浦办公楼旁边的一个漏水棚子里进行研究。当时飞利浦面临财务困境,并没有在意这家小公司。可在ASML成立的第一年,就推出了首款光刻机器,这台机器使用精确的光线在硅晶圆上打印微小的设计以制造微芯片,这种技术被称为光刻技术。最初版的光刻机器看起来像一台投影仪。
2012年,为加快EUV光刻机的研发,ASML将其约四分之一的股份出售给其最大的三大客户:英特尔、三星和台积电。ASML认为,加快 EUV 的研发最好的方法就是让大客户参与进来,成他们的股东。2017年,ASML公司终于推出了革命性产品——EUV光刻机,彻底颠覆了传统的芯片制造工艺,并成为当之无愧的行业老大。
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那么,EUV光刻机到底是如何彻底改变芯片制造的呢?
芯片由硅制成,硅是一种在岩石和沙子中发现的丰富元素,经过纯化、熔化,然后切成圆形晶片(简称“晶圆”),芯片就是在这种圆形晶片上用光线蚀刻而成的,而这个蚀刻的过程,就在由光刻机完成的。所以说,没有光刻机,也就造不了芯片。
光刻机的光源波长对芯片制造有着关键影响。光源波长越短,就越能制造更小、更复杂的芯片。EUV 是指极紫外光,这是一种波长极短的光,波长仅5 纳米,可用来刻印更精细的电路,更多的晶体管,从而使得芯片处理速度更快,功能更强大。而上一代DUV光刻机使用的是波长为193纳米的深紫外光。EUV 相比于DUV,是一个质的飞跃,打个比喻,以前的农民种地靠锄头镰刀,而现在都是开着大型农业机械干活,这就像DUV和EUV的区别。
一台EUV光刻机每天可生产约 3,000 片晶圆。300 毫米的晶圆上可以有数百个芯片,每个芯片上多达100 亿个晶体管。最小的晶体管比人的头发细一万倍以上。
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每台EUV机器的成本高达 2 亿美元,只有五家客户有能力购买:美光、SK 海力士、三星、英特尔和台积电,后三者占 ASML 业务的近 84%。
在 EUV 出现之前,芯片制造商可以从三个公司中选择DUV光刻机器:ASML、尼康和佳能。但目前EUV 光刻机只有 ASML能生产。目前全球大量的低端芯片仍是由DUV光刻机生产,低端芯片市场需求依然很大,日本的尼康仍然是 DUV 光刻机的一大制造商。
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有专家表示,任何其他公司可能需要几十年的时间才能赶上ASML,这不仅是因为 ASML 的专利技术,还因为它与近 800 家供应商建立了复杂且通常是排他性的交易。这些供应商和ASML的关系就像结婚的夫妻,双方都是独一无二的,不可替代和更换。
一台完整的 EUV 机器实际上由七个不同的模块组成,每个模块均在 ASML 在全球 60 个生产基地中的六个制造基地之一制造,然后运送到荷兰的埃因霍温 ,并在那里重新组装进行测试。然后再次拆解装运,运输需要 20 辆卡车和三架 747 飞机。
今年2月,ASML又向媒体展示了其新一代EUV光刻机,型号为:TWINSCAN EXE:5000。这台光刻机大小约一辆双层巴士,重量约两架空客A320飞机、价值高达3.5亿欧元(约合27亿元人民币)。这台EUV可以制造8纳米线宽电路,比前一代小1.7倍,从而实现晶体管密度提高至2.9倍。
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AI时代已经到来,AI的进步速度取决于芯片的进步速度,而芯片的进步速度,取决于光刻机的进步速度, 新一代EUV光刻机对未来的人工智能发展至关重要。
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