ASML研發新一代EUV光刻機，將對中國晶片製造業帶來什麼幫助？

包括台積電、三星電子、英特爾和中芯在內的晶圓製造廠商，在生產晶片過程中必須要用到一種半導體設備——光刻機。

截至目前，全球最新一代光刻機是EUV光刻機（極紫外光刻機），並且全球也只有總部位於荷蘭的ASML公司可以向晶圓製造商供應如此先進的EUV光刻機，以及向晶圓製造商客戶提供相關的支持服務。

伴隨摩爾定律不斷演進，製程工藝也在推進。

當先進的工藝逐漸地逼近極限時，半導體行業界其實已在尋找新的破解方法，而EUV光刻機顯然被業界當作了摩爾定律的救星。

簡單地說，晶圓製造商要生產7納米以下的晶片，必須要藉助EUV光刻機設備方能實現。

近日有消息傳出，ASML公司面向3nm、2nm、甚至1nm工藝而開始研發下一代EUV光刻機，並計劃於2022年初開始向下遊客戶出貨。

一方面，生產半導體晶片，難點和關鍵點在於將電路圖從掩模轉移至矽片上，此過程得通過光刻來完成。

光刻的工藝水準對晶片的製程和性能起著決定性的影響。

另一方面，光刻是半導體晶片生產流程中最複雜、最關鍵的工藝步驟，不僅耗時長，且成本高。

據業界統計，晶片在整個生產過程中需要曝光20到30次，耗時占到生產環節的一半，成本可占到三分之一。

光刻不僅影響著晶片生產的效率及成本，更主要的是光刻機的技術水平決定了晶片的製程工藝。

所以，在半導體產業中，光刻機占據著極為重要的地位，堪稱半導體工業皇冠上的明珠。

光刻機自誕生以來，隨著光源的改進和工藝的創新，先後經歷了五代產品的更新替代。

第一到四代光刻機用的光源都是深紫外光，第五代EUV光刻機採用波長為13.5nm的極紫外光。

第一代到第四代光刻機，光源波長不斷減短，工藝節點不斷提高，光刻技術也由落後逐步發展到成熟。

第一代光刻機（g-Line光源）由於在工藝上落後，早已被市場淘汰，第二至第五代光刻機仍在市場上銷售；但第五代EUV作為當前最先進的光刻機，是唯一能夠生產7nm以下製程的設備，目前製程節點可以達到5nm水平。

在7nm工藝節點，台積電和三星都已導入EUV光刻機。

舉例來說，台積電7nm工藝，相比於該公司第一代7nm工藝，新一代7nm EUV工藝顯著提高了晶片的性能和能效：電晶體的密度可提升20％，性能提升10％，能效提升15％。

近年來，全球光刻機出貨需求持續增長。

2017年，光刻機出貨量為460台；2018年，光機出貨量超600台，比2017年增長30％。

高精度的晶片光刻機長期由ASML、尼康和佳能三大巨頭壟斷；自2011年到2017年來，ASML、尼康和佳能三家公司幾乎占據了全球99％的光刻機市場；據統計，僅ASML一家就占據了全球近70%的市場。

ASML僅用了30年的時間，就在光刻機領域建立起極高的技術壁壘。

來源於彭博社的數據顯示，在45nm工藝節點以下的高端光刻機設備市場，ASML占據的市場份額高達80％以上；在第五代EUV光刻機設備市場，ASML是全球獨家供貨商。

隨著台積電和三星7nm EUV製程工藝量產，ASML獨家供應的EUV光刻機在市場上的需求量也快速攀升。

根據ASML先前發布的財報數據，公司在全年的EUV光刻機訂單量達到了62億歐元，總共出貨了26台EUV光刻機。

在2020年台積電和三星5nm工藝相繼進入量產階段後，產業下游對EUV光刻機的需求量將進一步提升。

據ASML預估，2020年公司將向客戶交付35台EUV光刻機，2021年進一步增至45台到50台的交付量。

不僅如此，ASML還對後續更為先進的3nm、2nm甚至是1nm工藝，開始規劃新一代EUV光刻機。

新一代EUV光刻機將採用High-NA技術，且具有更高的數值孔徑，解析度和覆蓋能力。

ASML計劃是在2022年初開始出貨新一代EUV光刻機，2024年到2025年大規模生產。

台積電在2020年量產5nm工藝，後續3nm工藝預計最快可能在2022年開始量產；台積電3nm工藝研發進展順利，並已開始跟早期客戶進行接觸；台積電3nm新竹寶山廠也將於2020年正式動工，工廠完成建設後，將很可能導入ASML新一代EUV光刻機設備。

據三星規劃，在6nm LPP工藝後，還有5nm LPE工藝、4nm LPE工藝節點，之後將推進到3nm工藝；規劃中的3nm工藝分為GAE（GAA Early）及GAP（GAA Plus)兩世代。

2019年5月，三星電子便宣布3nm GAE設計組件0.1版本已經準備完成，可以幫助客戶啟動3nm工藝設計。

只是從設計到量產，預計還要一段時間，預估最快要等到2022年後才能正式投入量產。

有網友問：當前新冠疫情在全球持續擴散，荷蘭會不會用EUV光刻機換取中國的防疫援助？畢竟，ASML隨時都可以生產光刻機設備，但新冠疫情若大規模擴散，給本國造成的損失恐怕是難以估量的。

「牛頓第四定律」曾在《美國為何允許荷蘭ASML壟斷光刻機，扼住晶片產業的咽喉？》一文中寫道：

ASML在技術研發上匯聚了全球最前沿、最頂尖的科技，一些重要部件來自很多國家，美國、德國向ASML提供超級精密的機械支持以及光學技術的支持，德國向ASML提供一些核心的配件支持，美國為ASML提供光源的支持以及計量設備的支持。

最頂尖光刻機的製造已經不是ASML一家公司的製造了，而是集合了許多國家的技術支持。

光刻機的生產以及升級現在已經是多個國家共同努力的結果，而美國可以直接在源頭端參與控制，比如最重要的光源技術就是來自美國的一家公司。

除此之外，美國掌握著世界晶片最頂端的晶片設計技術以及最完整的晶片產業鏈。

光刻機是一種高度定製化的設備，只能為晶片服務。

如果美國停止設計高端晶片，或者減少出貨量，那麼ASML的高端光刻機將毫無用處，需求端也是被美國牢牢控制著。

再則，美國晶片大廠很多都是ASML的股東和客戶。

因為ASML的技術已經很先進，所以美國完全沒必要打壓ASML，也沒有必要研發自己的光刻機產品。

很顯然，如果美國不同意，在技術上高度依賴美國廠商的ASML是不可能向中國廠商供貨EUV光刻機的。