鑽石光刻機:誰有資格製造2nm晶元?(圖)


【看中國2022年4月1日訊】自新冠疫情開始之後,全球就陷入缺芯的窘境,包括手機、平板、汽車、電子手錶,市場需求一直非常強勁,但就是缺「芯」眼兒。如今的晶元就跟鑽石一樣,是電子產業鏈的硬通貨,總之,存錢不如屯點兒晶元。基於這些背景,台積電、三星、英特爾等具備晶元製造能力的大廠,賺得盆滿缽滿,訂單已然安排到2025年。這些企業的公眾形象,也好像掛著一輪巨大的彩虹光圈,光芒萬丈。但熟悉晶元產業鏈的人都知道,當台積電、三星面對自己的供應商時,也常常只能一臉諂媚地「求出貨」,包括一些99.9999%純度矽片、薄膜絕緣材料和EDA軟體,這些都是比鑽石還難搞到的東西。這也是為什麼日韓貿易剛剛開戰,三星的晶元生產線就立即癱瘓,畢竟,日本是真「有料」。

除了材料之外,更重要的晶元生產要素應該是「光刻機」,事實上,每一次晶元製程升級,從14nm到7nm,再到5nm、3nm都勢必伴隨著光刻機的升級。如今各大廠商紛紛布局2nm晶元製程,同樣需要超新款的EUV光刻機。毫無疑問,這是個稀罕貨,依舊需要台積電、三星、英特爾們拉下身段哄搶。

EUV光刻機,大概是物以稀為貴

在5nm晶元生產線上,EUV光刻機是非常重要的生產設備,也是整個製造過程的脊樑。目前,EUV光刻機製造商僅有一家,就是荷蘭的ASML。本來如此底層的供應商,總是不屑於曝光在大眾視野中的,畢竟,ASML的運營邏輯早就超越了常規的企業經營範疇,就好像原子內部的夸克運動不會遵循經典的牛頓力學一樣。按照正常商業邏輯,利潤率達到35%的生意就屬於暴利,即便是在中國房地產非常瘋狂的幾年,利潤率也僅此而已。況且,還有很多企業根本無法消化30%以上的利潤,而一些低端的製造業,利潤率更是低得可憐,比如iPhone組裝的代工利潤僅有2%,大家只能賺到辛苦錢。

全球唯一製造EUV光刻機的廠商——荷蘭ASML公司
全球唯一製造EUV光刻機的廠商——荷蘭ASML公司(圖片來源:EMMANUEL DUNAND/AFP via Getty Images)

相比之下,ASML的利率潤就很是超綱。去年,他們全年營收達到186億歐元,EUV光刻機淨利潤59億歐元,毛利率高達52.7%。而且,隨著AMSL走向臺前,各路資本紛紛湧入,試圖要再推高光刻機售價,利潤率水漲船高。

魯迅說:大概是物以稀為貴吧。電子產業鏈就是這樣,利潤率比較低的訂單,到處都是競爭者,商務人士、談判策略、有關部門還經常過來找茬,事實上,他們搞的就是「賺辛苦錢的企業」。面對AMSL,大家卻束手無策,52.7%的利潤率已然誇張,但依舊有上漲的趨勢,這都來自於其獨門技術。據說,一臺EUV光刻機有100000+個零件,軟排線總長兩公里,運輸需要40個貨運集裝箱,總價值1.4億美元。單就這一缸子的硬體,就已經令人眼花繚亂,製作難度不亞於宇宙飛船。此外,任何一臺EUV光刻機都要配備2000人的調試團隊,而從粗調到精調,再到完成光刻,大概需要3年的時間,比起生一個孩子還要費勁3.6倍。正因如此,ASML產能相當有限,全年僅有40臺。但正是這40臺光刻機,支撐起全球龐大的產業鏈。平心而論,ASML現在是出於人道主義,沒有把利潤率提高到200%,但光刻機的稀有程度,有資格要這個價錢。

高NA光刻機,2nm時代的金剛鑽

全球陷入缺芯的窘境,ASML不得不考慮提高產能,目標是把EUV光刻機的產能提高到60臺,而更大的布局在於:新款光刻機,也就是高NA光刻機,有望揭開2nm晶元時代的序幕。要知道,5nm晶元製程覆蓋率尚小,現在2nm製程規劃就已經被提出,可見升級晶元製程是一件非常漫長的事情。相比於EUV光刻機,高NA光刻機具有更高的解析度,晶元密度可以藉此提高2.9倍,更關鍵的是,新設備可以減少晶元製程的工站數量。要知道,一般的晶元生產步驟基本上是1000起步,如果想要保持90%的良率,需要單工站的光刻良率達到99.999%,這對於製造人員來說,是一種精神上的折磨。

目前,高NA光刻機樣機仍在開發中,預計2023年完成試產報告,標準流程可供上遊客戶學習適應,並基於相關特性來調整自家布局。而對於台積電、三星等晶元巨頭來說,如何搶到高NA光刻機已成為頭等大事。

現在,晶元製造已經被寡頭把持,包括台積電、三星、英特爾、SK海力士、美光等等,都是有頭有臉、不差錢的主兒。毫無疑問,高NA、高解析度、更複雜的線路意味著更高的售價,專家預測高NA光刻機單臺報價應該在3億美元左右,是現有EUV設備的兩倍之多。為了能搶佔先機,台積電宣布其新一年的資本支出將達到400億美元,目標拿下一半數量的新款光刻機,正如他們現在霸佔著全球50%的EUV光刻機;而三星也不甘示弱,推出3年投資2000億美元計畫,他們的目標更加具體:希望能先得到一臺樣品,以調整自己2nm製程的工藝設計。至於說,英特爾、SK海力士和美光等等,自然也要捨得一身剮。

但是想要購買高NA光刻機這種金剛鑽般的設備,有錢只是基礎前提,更要看公司的發展前景。台積電、三星沉浸在蘋果產業鏈中,春風得意,他們甚至擁有一些ASML的股份,英特爾則因無法滿足蘋果的要求,而遭到庫克放棄,自己也因財務問題而收緊投資。此外,ASML雖然是荷蘭企業,但有很大股份都掌握在美國手中。可見,搶到光刻機真是一件特複雜的事情。

責任編輯:宇真

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