tag 标签: 光刻机

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    2020-10-27 21:02
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    阅《光刻巨人-ASML崛起之路》:创业企业的成功之路
    随着中美科技战的深入,也让越来越多的普通中国人认识了台积电,了解了芯片,听说了晶圆; 当然作为行业内的从业者,开始更多的熟悉了晶圆制造背后的半导体设备龙头,荷兰ASML,一个被飞利浦抛弃的合资品牌企业。 任何牛逼的企业成立初期都是寒碜的小企业,无论是惠普,英特尔还是苹果都是小车库起家“七八个人,三五条枪。”,ASML也不例外,荷兰飞利浦把40几号不怎么看好的员工,丢给了ASM合资的光刻机设备合资企业ASML,公司成立初期,门口堆满了垃圾筒,甚至连个像样的产品策略也没有,客户也没有。ASML的优势之一是背后有飞利浦的研究院Natlab部分技术支持;其二是有飞利浦其他子公司可以供应部分的元器件和零件;最关键的是飞利浦有一个非常有魄力和野心的CEO-贾特.斯密特,和ASM的BOSS-德尔.普拉多,他们始终不渝的坚持投入资金开发光刻机,PAS2000,PAS2400到PAS2500,技术投入并非都可以开花结果,ASML的成功离不开三家客户的成就。 第一家是AMD,AMD当时在市场上答应试用ASML的机器,并最终试用通过,并采购其步进式光刻机,制衡当时日系光刻机供应商; 能够进入AMD的圈子,其实就是等于有豪门给其质量和可靠性背书,正式踏入了圈子。 第二家是当时同样处于创业阶段的Micron(美光科技),无论是基于成本还是其他因素,美光给与ASML的设备采购其实给与这个刚刚在光刻机市场立足不久的厂家是个极好的消息,就像英伟达在初期,得到了台积电的鼎立支持,并与之共同成长为半导体巨头。 第三家是台积电(TSMC),当然台积电内部也有飞利浦的投资股份,但是ASML在其竞争中并未得到特殊的照顾,一个偶然的事情是台积电1989年的火灾一次性烧掉了十几台机器,给当时处于困境的ASML是雪中送炭。 当然,初期的这些客户照顾并不足以让ASML在光刻机领域挑战当时处于半垄断地位的日系尼康和佳能。 偶然的因素是台积电的研发科学家林本坚博士,坚持推广需要使用液体浸润式的光刻机技术,进而取代传统的干式光刻机,但是日系厂商如日中天,并未把当时地位普通的客户台积电放在眼里,而处于行业下游地位的ASML赶上了机会,非常重视客户的要求,并联合开发出来了台积电需要的光刻机,一举在市场上获得了技术的领先地位;同样,美国当时对于日本半导体厂商的打压也是导致日系厂家败退的一个重要因素。 现在ASML在半导体设备的地位有如泰山北斗,无法撼动:无论台积电,三星,英特尔,GF,中芯国际都等着其光刻机。 每一万个失败的创业科技企业有一万种死掉的方法,每一千个成功的企业可能也会有一千种成功的道路。 成功是必然的也是偶然的,ASML也会遭遇母公司飞利浦的官僚主义:集团决策拖沓,犹豫不决,公司薪酬制度糟糕,还拖欠奖金; 研发部门的科研人员不喜欢规范化作业,研发技术文档不规范,同生产部门扯皮无休止; 公司成立初期遇到很多资质差劲的供应商,只能打样,批量生产问题层出不穷; 同集团的兄弟单位供应的产品还没有外部的供应商给力; 主要核心部件镜头供应商蔡司的技术落后垂直整合的龙头尼康和佳能; 你在深圳硬件创业遭遇到的问题,他也都遇到过,ASML也并非天赋禀异,聪慧过人。 个人认为一个有野心并有远见的领导人非常重要,激活了在飞利浦处于养老思维的小团队,并带动大家全力向前。 对于产品和技术的坚持,并持续的投入和改善,关注客户的需求,最终让他们得到了机会的青睐。
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    2019-11-5 23:48
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    为什么光刻机巨头来自荷兰,而不是芯片大国美国?
    为什么光刻机巨头来自荷兰,而不是芯片大国美国?这个问题很有趣,实际上网上有很多报道,荷兰的ASML前身是飞利浦的光刻机研发部门,飞利浦是荷兰企业,所以,ASML就设在荷兰。 ASML师出名门,而且在这一行内起步较早,如此强大并不令人意外。 首先,成为光刻机领域的老大,ASML走过了很长一段时间。实力的生成经过了时间的考验。 ASML最早是飞利浦光刻设备研发小组,而飞利浦早在1973年就推出了彼时称为“新型”的光刻设备,不过基本成本及技术的原因,这一产品并没有推广成功。此后比较长的时间,ASML这个昂贵的研发小组,都在困难中支撑前行,好在有飞利浦这棵大树好乘凉,不至于沦为破产与结束的境地。 1995年ASML成功上市,这是ASML最大的转折点:进了资本市场就意味着有钱进行技术并购。光刻机是技术含量极高的行业,ASML通过自研与并购,掌握了一系列的技术,这为它树立全球光刻机市场的至高地位奠定基础。ASML对研发是相当舍得投入的,每年营收的15%左右是投在研发上,如此多的技术创新投入,其产品创新与换代自然游刃有余。 其次,ASML对于合作有独到见解与融合模式。在光刻机中光刻曝光技术是最为核心的,这个ASML自己牢牢把控着,而其余的采取模块化外包,当然这种外包也包括了研发。比如光学镜头部件是德国厂家,光源及调量设备是美国厂家,等等。一个光刻机里,体现了全球产业链的协同创新。在扩展市场版图时,与全球最优秀的公司合作,现在也是中国一些大公司的做法。 除此之外,2012年起,ASML还允许大客户对ASML股权投资,当然这有两个前提:一是只能进行少数股权投资;二是必须对研发支出作出承诺。像英特尔、台积电、三星这样的大公司就是这样被捆绑进来的。 ASML独立之后,它的主要对手,是美国、日本的企业,尤其是日本尼康很厉害(另外,德国、中国都有企业生产光刻机,德国、韩国企业也有企业不生产但掌握大量相关专利,例如德国蔡司、韩国海力士)。在竞争过程中,尼康犯了一个错误,就是什么都自己搞(貌似日本企业的通病,喜欢搞大而全。),结果搞出的东西不成熟。ASML则不同,它走的是整合路线,它买美国的光源、德国的镜头,可以说,90%的部件来自外购,光刻机性能很快就后来居上了。 那么,为什么ASML能买到所需要的部件呢?这跟一个规定有关,那就是优先为股东提供设备,所以,世界上著名半导体企业,几乎都成为ASML的股东,都会给它技术支持,著名股东如英特尔、三星、台积电等,当然,中国大陆企业除外。此外,这家公司的股东还包括一些大的财团,尤其是美国的摩根、德国的德银等等,总体而言,这家企业的主要控股者,还是美国、荷兰、德国的企业或财团,所以,其实是欧美共同扶持造就了这家企业。 总结一下,为何ASML能在荷兰成长起来,不外有以下四点: 一,是荷兰阿斯麦公司是自世界各国大公司投资的公司,其中大股东就有(美国)的英特尔公司,韩国三星,还有我国的台积电。这样的的好处是集资容易,风险共担,重要的是有美国大股东控制着。 二,是荷兰阿斯麦生产的光刻设备,一些重要部件来自世界很多国家,比如最重要的光源技术来自美国的一家公司,镜头來自德国等,这里又有美国公司参与控制。 三,是觉得把这种高科技公司放在荷兰可以更好的垄断这个产业,不使技术外流,一是荷兰是美国的小弟不担心;二是美国国内有反垄断法,如果把这样的公司放美国国内可能会被析分成至少两家公司,这样人才技术就会不集中,研发起来慢,也可能浪费钱,造成产能过剩,而在荷兰就没有这种法律,这样就比较好控制。 四,是美国掌握着世界芯片最顶端的芯片设计技术,光刻机是为芯片服务,如果美国停止设计高端芯片,那么荷兰的高端光刻机毫无用处,产量也是被美国控制着,不过这种优势美国越来越掌握不住了。 总的来说,世界最高端的光刻机虽然在荷兰,但是被美国控制着。既然技术上可以卡脖子,股份上可以影响其决策,美国根本不怕ASML敢动什么小心思,据说,美国曾经给ASML施压,要这家公司不得雇佣中国人,这家公司最后也没办法,只能照办。此外,美国在荷兰有驻军,对荷兰的影响力很大。
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    2018-8-3 19:33
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    ASML出货5nm工艺的DUV光刻机,细说先进节点光刻技术及代工博弈 ... ... ...
    据外媒报道,光刻机霸主ASML(阿斯麦)已经开始出货新品Twinscan NXT:2000i DUV(NXT:2000i双工件台深紫外光刻机),可用于7nm和5nm节点。NXT:2000i将是NXE:3400B EUV光刻机的有效补充,毕竟台积电/GF的第一代7nm都是基于DUV工艺。 同时,NXT:2000i也成为了ASML旗下套刻精度(overlay)最高的产品,达到了和3400B一样的1.9nm(5nm要求执照2.4nm,7nm要求至少3.5nm)。 ASML将于本季度末开始量产Twinscan NXT:2000i,价格未披露。目前,NXE:3400B EUV光刻机的报价是1.2亿美元一台,传统的ArF沉浸式光刻机(14nm节点)报价是7200万美元之间, NXT:2000i肯定是在这两者之间了。 目前主流的半导体生产中使用的是波长193nm的深紫外(DUV)光刻。实际上,在制程发展到130nm之前,人们就曾指出193nm深紫外光会发生严重的衍射现象而无法继续使用,需要换用波长为13.5nm的极紫外(EUV)光刻才能继续缩小半导体工艺。此外,还有一些公司推崇的e-beam电子束光刻技术。 EUV的研发始于20世纪90年代,最早希望在90nm制程节点投入应用,然而EUV光刻机一直达不到正式生产的要求。无奈之下,人们只能通过沉浸式光刻、多重曝光等手段,将DUV一路推进到了10nm阶段。 ASML的EUV光刻机使用40对蔡司镜面构成光路,每个镜面的反光率为70%。这也就是说,EUV光束通过该系统中的每一对镜面时都会减半,在经过40对镜面反射后,只有不到2%的光线能投射到晶元上。 到达晶圆的光线越少,光刻所需的曝光时间就越长,相应的生产成本也就越高。为了抵消镜面反射过程中的光能损耗,EUV光源发出的光束必须足够强,这样才能与现在非常成熟的DUV光刻技术比拼时间成本。 但是多年以来,光照亮度的提升始终未能达到人们的预期,ASML的EUV产品市场负责人Hans Meiling曾表示,人们严重低估了EUV的难度。正在实验中的EUV光源焦点功率刚刚达到250瓦,可以支撑机器每小时处理125个晶片,效率仅有现今DUV的一半。 如果再加上价格和能耗,EUV取代DUV还会更加艰难。最新的EUV光刻机价格超过1亿欧元,是DUV光刻机价格的二倍有余,且使用EUV光刻机进行批量生产时会消耗1.5兆瓦的电力,远超现有的DUV光刻机。 ASML方面表示,EUV光刻设备尚未彻底准备完成,最快也要到2019年才能应用于正式生产,因此几大半导体代工厂均在DUV+多重曝光技术上继续深挖,以求撑过EUV光刻机的真空期。 7nm群英会:几大半导体代工厂部署7nm制程节点时用什么光刻技术? 三星 作为芯片代工行业的后来者,三星是“全球IBM制造技术联盟”中激进派的代表,早早就宣布了7nm时代将采用EUV。今年4月,三星刚刚宣布已经完成了7nm新工艺的研发,并成功试产了7nm EUV晶元,比原进度提早了半年。 据日本PC WATCH网站上后藤弘茂的分析,三星7nm EUV的特征尺寸为44nm*36nm(Gate Pitch*Metal Pitch),仅为10nm DUV工艺的一半左右。 除了一步到位的7nm EUV外,三星还规划了一种8nm制程。这个制程实际上是使用DUV光刻+多重曝光生产的7nm制程,继承所有10nm工艺上的技术和特性。 由于DUV光刻的分辨率较差,因而芯片的电气性能不如使用7nm EUV,所以三星为其商业命名为8nm。从这一点来看,8nm相比现有的10nm,很可能在晶体管密度、性能、功耗等方面做出了终极的优化,基本上可看做深紫外光刻下的技术极限了。 DUV和EUV光刻分辨率对比 此外,三星在7nm EUV之后,还规划了使用第二代EUV光刻技术的6nm制程,它和8nm同样是商业命名,属于7nm EUV制程的加强版,电气性能会更好。 根据三星的路线,三星将于今年下半年试产7nm EUV晶元,大规模投产时间为2019年秋季。8nm制程大约在2019年第一季度登场,而6nm制程应该会在2020年后出现。 台积电 相比三星直接引入EUV光刻的激进,台积电在7nm上选择了求稳路线,并没有急于进入极紫外光刻时代。台积电表示将继续使用DUV光刻,利用沉浸式光刻和多重曝光等技术平滑进入7nm时代,然后再转换到EUV光刻。 台积电使用DUV光刻的第一代7nm FinFET已经在2017年第二季度进入试产阶段。与目前的10nm FinFET制程相比,7nm FinFET将可在晶体管数量的情况下使芯片尺寸37%,或在电路复杂度相同的情况下降低40%的功耗。 在接下来的第二代7nm FinFET+制程上,台积电将开始使用EUV光刻。针对EUV优化的布线密度可带来约10~20%的面积减少,或在电路复杂度相同的情况下,相比7nm FinFET再降低10%的功耗。 而根据后藤弘茂的分析,台积电7nm DUV的特征尺寸介于台积电10nm FinFET和三星7nm EUV之间,Metal Pitch特征尺寸40nm,Gate Pitch特征尺寸尚不明确,但必定小于10nm时的66nm。 此外,与完全使用DUV工具制造的芯片相比,使用EUV光刻生产芯片的周期也将缩短,台积电计划在2018年第二季度开始试产7nm FinFET+晶元。 GLOBALFOUNDRIES GF此前曾是AMD自家的半导体工厂,后由于AMD资金问题而拆分独立。GF同样属于IBM“全球IBM制造技术联盟”的一员,其半导体工艺和三星同宗同源。然而GF在28nm、14nm两个节点上都遇到了重大技术难题,不得不向“后来者”三星购买生产技术。 介于此,GF在14nm之后决定放弃10nm节点,直接向7nm制程进军。虽然这个决策稍显激进,但GF也明白步子大了容易扯到啥的道理,决定在光刻技术上稳中求进,使用现有的DUV光刻技术实现第一代7nm工艺的制造,随后再使用EUV光刻进行两次升级迭代。 据其在阿尔伯尼纽约州立大学理工学院负责评估多重光刻技术的George Gomba以及其他IBM的同事透露,GF将在第一代7nm DUV产品上,使用四重光刻法。 不过在EUV的部署上,GF尚存在一些阻碍。据了解,目前ASML提供的保护膜仅适用于每小时85个晶片的生产率(WpH),而GF今年的计划是达到125WpH,这意味着现有的保护膜无法应对量产所需的强大光源。 目前,GF尚未透露将于何时开始使用EUV光刻,只说要等到“准备就绪”以后,不过看起来难以在2018年以前准备就绪。因此业界普遍猜测GF最早也要到2019年才能使用EUV光刻生产芯片。 Intel Intel作为全球最大的半导体企业,在半导体工艺方面一直保持着领先地位,并且引领了大量全新技术的发展。不过近几年,Intel半导体工艺的发展速度似乎逐渐慢了下来,比如14nm工艺竟然用了三代,10nm工艺也被竞争对手抢先。 实际上,三星和台积电在进入16/14nm节点后,在制程上常使用一些商业命名,比如上面提到的三星7nm制程,优化一下就变成了6nm。而Intel的14nm制程虽然历经两次优化,却只是以14nm、14nm+和14nm++来命名,二者已经不存在直接的可比性。 由于晶体管制造的复杂性,每代晶体管工艺中有面向不同用途的制造技术版本,不同厂商的代次之间统计算法也完全不同,单纯用代次来对比是不准确的。目前业内常用晶体管密度来衡量制程水平,实际上,Intel最新10nm制程的晶体管密度甚至反而要比三星、台积电的7nm制程更高。 而根据后藤弘茂的分析,如果将Intel、台积电、三星和GF近些年制程的特征尺寸放在一起对比,也可以看出Intel的14nm制程确实要优于三星和GF的14nm LPP以及台积电的16nm FinFET,仅略输于三星早期的10nm制程。 Intel的10nm制程则更是全面胜过台积电和三星的10nm制程,甚至比台积电和GF的第一批7nm DUV都要更好。虽然不如三星和GF的第二批7nm EUV制程,但Intel肯定也会深挖10nm制程,第二代10nm赶超三星和GF的7nm EUV也不是不可能。 关于ASML 总部位于荷兰的ASML脱胎于飞利浦,于1984年成立,至今所经营的产品主要还是光刻机。ASML凭借自己多年在行业中所积累的技术和经验,在2017年取得的收入又创出新高,净利润也同步大增。ASML的收入大致分为两个部分,一个是通过向客户供应极紫外EUV、深紫外DUV光刻机等设备获得的收入(在ASML当年的营收中占比达七成左右),另一个就是为客户提供设备安装、系统升级等服务获得的收入(在ASML当年的营收中占比约三成)。 2017年全球光刻机市场占比7成,是绝对的一哥,后面跟着的是佳能、尼康和上海微电子。 集成电路在制作过程中经历材料制备、掩膜、光刻、刻蚀、清洗、掺杂、机械研磨等多个工序,其中以光刻工序最为关键,它是整个集成电路产业制造工艺先进程度的重要指标,即在芯片制造过程中的掩膜图形到硅衬底图形之间的转移,在硅片上刻出晶体管器件的结构和晶体管之间的连接通路。 光刻机原理是把高精密底片底版投射到晶原片上,光刻机难在OVERLAY套刻精度以及产率。需要精密的光学镜头,和精密的对焦稳定,和散射极低的光源激光。镜头虚,有云翳,不行,对焦丝扣不匀不细,不稳,不行。光源散射也不行。要比千分尺(螺旋测微器)更细更稳。 用螺旋测微器原理,精密螺纹调焦对焦,稳定相距焦平面。工作台的膨胀,减震,连续工作的精准,都对精度要求极高。小试验室小作坊,做一两个己经很难,大批量生产,精度就更难。 其实这些年来,国内早就有设备厂商,以及研究机构在对光刻机进行研发。如上海微电子、中电科四十五所、中电科四十八所等,但是离国外几家光刻机厂商差距甚远,更别提在先进节点上的顶尖光刻设备差距了。
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    光刻工艺A前面工艺的遗留问题第六章光刻工艺氧化、扩散、离子注入、外延、CVD等一系列工艺都是对整个硅园片进行处理,不涉及任何图形。在同一集成电路制造流程中,经历了同样的一系列加工岳瑞峰工艺后:如何在一片硅片上定义、区分和制造出不同类型、不同结构和尺寸的元件?清华大学微电子学研究所如何把这些数以亿计的元件集成在一起获得我们所要求微纳器件与系统研究室的电路功能?如何在同一硅片上制造出具有不同功能的集成电路。……
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