臺積電又一制勝招數(shù)，也即要搶下絕大多數(shù)的EUV光刻機(jī)份額

美男子玩編程

隨著半導(dǎo)體制程節(jié)點(diǎn)的不斷提升，光刻機(jī)激光波長也在不斷的縮小，從436nm、365nm的近紫外（NUV）激光進(jìn)入到248nm、193nm的深紫外（DUV）激光，現(xiàn)在DUV光刻機(jī)是目前大量應(yīng)用的光刻機(jī)，波長是193nm，從45nm到10nm甚至是7nm工藝都可以使用這種光刻機(jī)，但7nm這個節(jié)點(diǎn)已經(jīng)是DUV光刻的極限了， 臺積電的第三代7nm引入了極紫外光刻工藝，而三星與Intel則計(jì)劃直接采用極紫外光刻工藝來生產(chǎn)7nm芯片。

半導(dǎo)體制程進(jìn)入7納米之后，EUV光刻機(jī)就成了關(guān)鍵設(shè)備，沒有EUV光刻機(jī)，即使你有技術(shù)也沒辦法把芯片造出來。目前全球只有荷蘭的ASML一家能夠生產(chǎn)EUV光刻機(jī)，主要客戶也只有三家——臺積電、Intel及三星。
所以，半導(dǎo)體制造這門生意，搶技術(shù)、搶人才、搶資金，都遠(yuǎn)不及搶EUV光刻機(jī)來得高效，畢竟全球能造EUV光刻機(jī)的僅有ASML一家，年產(chǎn)量也就50臺左右。
由于供不應(yīng)求，EUV光刻機(jī)早就是臺積電、Intel及三星這三家半導(dǎo)體廠商爭奪的焦點(diǎn)，不過Intel目前還在打磨10納米，7納米制程依照Intel官方的路線圖，還要到2022年才會有需求，所以現(xiàn)在有EUV生產(chǎn)線的主要是臺積電、三星兩家。
在這場光刻機(jī)爭奪戰(zhàn)中，臺積電的EUV光刻機(jī)數(shù)量遙遙領(lǐng)先三星，據(jù)統(tǒng)計(jì)，ASML近年來一共量產(chǎn)了100臺左右的EUV光刻機(jī)，其中供應(yīng)給臺積電的就有70臺，占了絕大多數(shù)份額，多數(shù)都是在最近一年中交付的。
為了搶到更多的光刻機(jī)供應(yīng)份額，三星集團(tuán)的掌門人李在镕，去年專門拜訪了ASML公司，希望獲得更多的EUV光刻機(jī)供應(yīng)，以圖縮短與臺積電的差距。對三星來說，盡管EUV光刻機(jī)售價(jià)超過1億歐元，但三星并非買不起，資金方面并不是大問題。
為什么臺積電總是能優(yōu)先拿到最新的ASML光刻機(jī)？

這還要從ASML與臺積電的淵源講起。二十年前，ASML還只是光刻機(jī)領(lǐng)域的小角色，當(dāng)時處于光刻機(jī)市場霸主地位的是Nikon，文章開頭老wu有提到，隨著半導(dǎo)體制程節(jié)點(diǎn)的不斷提升，光刻機(jī)激光波長也在不斷的縮小，從436nm、365nm的近紫外（NUV）激光進(jìn)入到248nm、193nm的深紫外（DUV）激光，但在65 納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)上遇到了困難，當(dāng)時的光刻機(jī)的光源波長被卡死在193nm，是擺在全產(chǎn)業(yè)面前的一道難關(guān)，也試驗(yàn)了很多技術(shù)（如157nm干式光刻技術(shù)等）但都無法很好的突破這一難題。
Nikon主張采用157納米的F2激光。美國牽頭的EUV聯(lián)盟主張采用十幾納米的極紫外光。但當(dāng)時的光源技術(shù)沒有取得突破，無法滿足這兩種方案。半導(dǎo)體發(fā)展遇到了障礙停止不前，整個行業(yè)都在絞盡腦汁，苦苦摸索。
正當(dāng)業(yè)界一籌莫展時，時任臺積電研發(fā)副總經(jīng)理的林本堅(jiān)卻另辟蹊徑，提出了一個腦洞大開的方案。

光源技術(shù)突破不了，沒辦法降低光的波長，林本堅(jiān)則是另辟蹊徑，通過介質(zhì)來降低波長。傳統(tǒng)的光刻技術(shù)中，其鏡頭與光刻膠之間的介質(zhì)是空氣，而如果在光刻機(jī)投影物鏡最后一個透鏡的下表面與硅片上的光刻膠之間充滿高折射率的液體，利用光通過液體介質(zhì)后光源波長縮短來提高分辨率，光經(jīng)液體介質(zhì)的折射，波長降為132nm，這樣投射到硅片的圖案分辨率更清晰，芯片密度可以達(dá)到更高。
林本堅(jiān)拿著這項(xiàng)「沉浸式光刻」方案，跑遍美國、德國、日本等國，游說各家半導(dǎo)體巨頭，但都吃了閉門羹。
當(dāng)時還是小角色的ASML（1984年飛利浦和一家小公司ASM Internationa以各占50%股份組成的合資公司，最初員工只有31人）決定賭一把，相比之前在傳統(tǒng)干式微影上的投入，押注浸潤式技術(shù)更有可能以小博大。于是 ASML 和林本堅(jiān)一拍即合，并與臺積電形成同盟，僅用一年多的時間，就在2004年拼全力趕出了第一臺樣機(jī)，并先后奪下 IBM 和臺積電等大客戶的訂單。
也因此，臺積電與ASML關(guān)系可以說非常深遠(yuǎn)。
到了1997年，英特爾發(fā)起了一個叫 EUV LLC 的聯(lián)盟。聯(lián)盟中的名字個個如雷貫耳：除了英特爾和牽頭的美國能源部以外，還有摩托羅拉、AMD、IBM，以及能源部下屬三大國家實(shí)驗(yàn)室：勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室、桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯柏克萊實(shí)驗(yàn)室。
這些實(shí)驗(yàn)室是美國科技發(fā)展的幕后推動力，他們之前的研究成果覆蓋了物理、化學(xué)、制造業(yè)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的各種前沿方向，有核武器、超級電腦、國家點(diǎn)火裝置，甚至還有二十多種新發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素。
資金到位，技術(shù)入場，人才云集，但偏偏聯(lián)盟中的美國光刻機(jī)企業(yè) SVG、Ultratech 早在80年代就被 Nikon 打得七零八落，根本爛泥扶不上墻。于是，英特爾力邀 ASML 和 Nikon 加入 EUV LLC。但問題在于，這兩家公司，一個來自日本，一個來自荷蘭，都不是本土企業(yè)。
當(dāng)時的美國政府將 EUV 技術(shù)視為推動本國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)，并不太希望外國企業(yè)參與其中，更何況是八九十年代在半導(dǎo)體領(lǐng)域壓了美國風(fēng)頭的日本。但EUV光刻機(jī)又幾乎逼近物理學(xué)、材料學(xué)以及精密制造的極限。光源功率要求極高，透鏡和反射鏡系統(tǒng)也極致精密，還需要真空環(huán)境，其配套的抗蝕劑和防護(hù)膜的良品率也不高。別說日本與荷蘭，就算是美國，要憑一己之力自主突破這項(xiàng)技術(shù)，可以說是比登天還難，畢竟美國已經(jīng)成功登月了

。
最后，ASML 同意在美國建立一所工廠和一個研發(fā)中心，以此滿足所有美國本土的產(chǎn)能需求。另外，還保證55%的零組件均從美國供應(yīng)商處采購，并接受定期審查。
所以，ASML 的光刻機(jī)能賣給誰，不能賣給誰，都得聽老美的，雖然ASML說DUV不受美國的出口限制，但EUV那絕對是繞不開的。
相比一步步建起全球半導(dǎo)體制造業(yè)聯(lián)盟的ASML，早年間就習(xí)慣單打獨(dú)斗的Nikon 在遭遇美國封鎖后，更是一步步落后，先進(jìn)設(shè)備技術(shù)跟不上且不提，就連落后設(shè)備的制造效率也遲遲提不上來。而佳能在光刻機(jī)領(lǐng)域一直沒有爭過老大，當(dāng)年它的數(shù)碼相機(jī)稱霸世界，利潤很高，但是對一年銷量只有上百臺的光刻機(jī)根本沒有給予重視。
2012年，英特爾連同三星和臺積電，三家企業(yè)共計(jì)投資52.29億歐元，先后入股 ASML，以此獲得優(yōu)先供貨權(quán)，結(jié)成緊密的利益共同體。
在2015年，第一臺可量產(chǎn)的EUV樣機(jī)正式發(fā)布，這意味著在7nm以下的先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)，ASML 再無對手！
臺積電為什么總是能優(yōu)先拿到最新的ASML光刻機(jī)？除了文章前邊提到的臺積電「沉浸式光刻」方案與ASML發(fā)展的淵源，臺積電是ASML的持股股東，持股比例比三星要高，臺積電7納米以下制程技術(shù)更被半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司所信任，市場占有率比三星高都是原因，但更重要的是，臺積電的股份大部分都是被外資持有的，尤其是美國，而ASML則是完全依托于美國的資金和技術(shù)，有了這層關(guān)系，這臺積電能優(yōu)先拿到最新的ASML光刻機(jī)也就不足為奇了。
參考資料：
1. https://36kr.com/p/1150254137590921