在半导体工艺进入10nm节点之后，制造难度越来越大，传统的193nm紫外光刻机也难以为继，EUV极紫外光刻机成为突破制程工艺的关键。如果想了解有关半导体制程工艺的内容，可以参考我们最近推出的超能课堂(135)：纳米制程背后的真真假假。

光刻机曾经也是日本佳能、尼康公司的重要产品，不过现在的高端光刻机已经被ASML垄断，在EUV光刻机上更是独一份。日经新闻亚洲版今天报道称，中芯国际（SMIC）已经向ASML公司订购了一台EUV光刻机，单价1.2亿美元，预计在2019年初交付。

此前英特尔、三星、台积电以及GF都向ASML下了EUV订单，其中台积电订购了大约10台，三星订购了大约6台，英特尔今年会引入3台EUV光刻机，GF也下了订单，不过日经新闻没提到具体数量。

中国公司能买先进的光刻机？很多人听到这个消息可能不太相信，因为网上一直有传闻称中国公司因为瓦森那协定的关系一直被禁止采购先进光刻机。对于这个问题，网上有很多争议也有很多解答了，日经新闻报道的中芯国际采购EUV光刻机其实也不是新闻了。

去年台媒电子时报采访过中ASML中国区总经理金泳璇，后者辟谣称ASML光刻机并没有禁运问题，该公司对所有客户都一视同仁，不存在有钱买不到的问题。他还透露了已经有中国客户洽谈购买EUV光刻机，如果订单确认的话，那么最快在2019年就会有EUV光刻机进入中国晶圆厂，ASML对此表示乐观。

两边对比的话，这家中国公司就是中芯国际，虽然该公司的14nm工艺要到2019年初才能量产，不过国内有需求EUV光刻机的几乎只有他们了，2017年中芯国际表示他们已经在预研7nm工艺了，订购一台EUV光刻机做研究也是很正常的。

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英特尔投资（Intel Capital）公司今天在英特尔投资全球峰会上宣布向12家新兴公司投资了7200万美元，自此英特尔今年的投资目标已经超过了原定的1亿美元，达到了1.15亿美元。

英特尔没有透露7200万美元是如何分配给12家公司，也没有提到投资后在哪家公司占股多少。根据该公司公布的消息，12家公司主要涉及：

·AI人工智能行业，包括Avaamo、Fictiv、Gamalon、Syntiant以及中国Reconova（厦门瑞为）公司。

·云及IoT物联网行业，包括CloudGenix、VenueNext以及两家中国公司Alauda、Espressif Systems。

·硅基半导体，包括Lyncean、Movellus、SiFive三家公司。

与英特尔主业相关的三家公司中，Lyncean技术公司主要开发紧凑型光源系统（CLS），他们的目的是将X射线同步加速器缩小200倍，可将加速器从体育场大小减小到室内大小。目前该公司正在开发一种新型EUV光源，主要用于半导体光刻工艺。

目前制约EUV光刻机大规模应用的一个重要原因就是光源功率不足，无法达到稳定量产所需的250W强度，而且未来还需要更高的强度从能提高产量，所以这也是EUV光刻机的头等大事。Lyncean公司创始人之前提到他们研发的EUV光源预计在三年内问世，可以用于2nm工艺半导体制造。

除了Lyncean之外，Movellus也不容小觑，他们正在研发一种此前只能使用定制模拟设计的数字工具，使之可以自动创建及实现功能，Movellus的工作可以提高SoC芯片创建及模拟电路布局的效率，因此缩短设计时间、生产时间，核心面积更低，错误率更低。

SiFive公司则是一家基于RISC-V开源指令集的处理器IP供应商，它是由RISC-V创始人成立的公司，由一群业界资深人士领导，能够帮助系统级芯片缩短上市时间。

英特尔表示投资这12家公司将帮助他们改变计算的未来，“我们正在培育种子，而这些种子会生长数十年”。

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在使用EUV后，线宽的微缩，制程的升级对于缺陷和微粒污染的容忍度将大幅度降低。制造工具是决定圆晶良品率的关键，工具在沉积，蚀刻或清洁过程中有可能受到微粒物污染，这些颗粒物会从上一个生产步骤流入到下一个生产步骤，工艺不一致使得圆晶的特征形状，覆盖层和CD（特征尺寸）有偏差，从而导致大范围缺陷。给定类型的工艺工具可能彼此不匹配，继而在通过不同工艺工具生产的圆晶之间产生差异，所有这些问题都会影响产量。

上述的制造过程所造成的差异会成为一个很麻烦的问题，如何理解这个困境？比如有两台打字机，型号价格外观都一样，但因装配环境，零件精度等因素会导致手感有细微差别，因此即使是相同型号的EUV光刻机，有了正确的配置文件，强度恰好的光源，一致的稀有气体纯度，也需要做一些后期工作保证生产结果相同。换到10、7nm工艺制程的半导体产品上，只要在生产时有个1、2nm的差错，都有可能造成不可估量的损失。

制程的每一次升级，制造难度都是呈指数级上升，现在我们听到的工艺名词最多也只能去到3nm，这是因为到了3nm节点上EUV光刻的随机性将增大，很难控制好EUV线宽边缘粗糙度（LER），影响CD和EPE。同时摩尔定律也会在这个节点附近失效，接下来就是1nm以下的次纳米新技术和新材料的天下。

对比早期的14nm LPP工艺，11nm LPP工艺同功耗情况下性能提升15%，而芯片面积却降低10%，除了在旗舰手机芯片上使用10nm FinFET工艺外，三星还打算将11nm工艺处理器使用在中高端手机，11nm工艺计划在2018年上半年投产。三星还证实采用EUV光刻技术的7nm LPP工艺芯片正在开发当中，目标是在2018年下半年投产。

自2014年以来，三星已经生产了近20万块EUV光刻圆晶，在256MB的SRAM上实现了80%的良品率。三星将在3年内从14nm工艺逐步过渡到11nm，10nm，8nm和7nm。有关三星半导体路线图最新的消息，包括11nm LPP和7nm EUV的开发，三星将在2017年9月15日的日本东京三星半导体技术论坛中详细讲解，到时候小编我会给大家带来第一手资料。

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在今年，EUV光刻机的年产量只有12台，几乎每个月只生产出一台，从侧面说明了EUV光刻机的制造难度。EUV光刻机的单价超过了1亿欧元，但售价高昂，但ASML的客户也有8个之多，其中就包括了Intel，三星和TSMC，这些都是半导体领域的巨头，他们甚至还出钱帮助ASML加快研发EUV研发进度。

EUV的商业化之路走的尤为艰辛，多年以来，EUV技术的进展一直很缓慢，光照亮度的提升始终未能达到人们的预期，采用EUV技术的成本也高得吓人。摩尔定律似乎在触碰着半导体工艺的极限，半导体巨头押注的EUV光刻，被视为拯救摩尔定律的转折点。

目前EUV光刻机的订单已经积压到27台，是目前年产量的两倍多，ASML也在采取措施确保提高生产力跟上需求。ASML计划在2018年将光刻机的年产量扩大到24台，而到2019年将达到40台的年产量。值得一提的是，目前ASML公司股票在过去一年内涨了30%，公司估值约为530亿欧元。

从2013年以来三星与台积电就一直在争抢苹果的芯片代工业务，而在2015年苹果决定同时采用这两家代工厂的生产线，其中台积电使用的是16nm制程的生产工艺，三星使用的是14nm制程工艺。从参数上看应该是三星的工艺更加先进，然而结果出乎意外：两家代工厂生产的A9芯片里台积电的芯片在省电方面远远比三星的产品优秀，虽然后来有报告称两家的芯片在性能方面没有太大差异，但却引起了业界对三星芯片生产工艺的怀疑。有一种说法是三星在制程的标准上有自己的基准，一直以来芯片的制程定义采用的是Intel的标准，后来三星自己制定了一套制程标准，通过巧妙的标准定义让自己的制程在参数上看起来更先进，确切的说Intel的制程定义是基于芯片工艺蚀刻的“平均尺寸”，而三星使用的是“最小尺寸”来定义制程。

目前EUV（极紫外光刻技术）生产线仅有ASML一家能生产，售价接近一亿欧元

三星电子本月11日在首尔举行的晶圆代工事业技术战略说明会上曾经表示，三星将在2018年量产7nm工艺的芯片产品，为此三星已经斥巨资引进了EUV（极紫外光刻技术）生产线，另外三星还表示计划在2019与2020年陆续开始接受5nm和4nm的芯片生产订单。这种看起来颇为激进的工艺制程计划让三星的规划看起来相当具有竞争力，但考虑到2015年的“芯片门”事件，这种激进的规划背后存在的隐患是芯片生产技术不够成熟，毕竟芯片的制程进步是需要工艺和时间积累的。

而另一方面台积电一直在宣称它的7nm工艺进展良好，不过近期其高管联合CEO魏哲家明确表示即将量产的7nm工艺不会引入EUV，而要到2019年才会引入，EUV对7nm工艺及更先进的制程生产极为重要。与此同时台积电也在积极扩充7nm芯片的供应商数量，包括应用材料公司（Applied Materials）、泛林集团（Lam Research）、东京电子（Tokyo Electron）、日立高新技术（Hitachi High Technologies）以及中微半导体设备（Advanced Micro-Fabrication Equipment）都已被纳入了台积电7nm制程芯片的供应商名单。

对于苹果这次“分蛋糕”的动机，有分析认为可能是出于两个原因：一是台积电在获得高通下一代骁龙处理器生产订单后，可能会因产能告急而影响到苹果A12芯片的供货计划；另一原因是苹果一直以来都不希望某一家供应商独揽市场，所以这是苹果在平衡自己的供应商体系。不管是出于哪一个原因，台积电与三星作为芯片生产的巨头在市场上进行订单的争抢是好兆头，毕竟激烈的市场竞争会推动整个产业水平的快速提升，而这对消费者来说一直都是好事情。

半导体制造工艺进入10nm之后，难度越来越大，目前在用的193nm光刻技术已经不足以应付未来7nm、5nm工艺需要，所以业界就在研发EUV极紫外光刻工艺。这种光刻机难度非常大，10年前就看到Intel等公司联合研发EUV光刻机的新闻了，到现在EUV光刻机还没有成熟，不过曙光也在眼前了，EUV光刻机已经开始少量出货，产能也在逐步提升，TSMC、三星都会在第二代7nm节点商用EUV工艺。

全球现在能研发EUV光刻机的也就荷兰ASML公司，为此还得到了Intel、TSMC、三星等公司大笔投资，这三家也是目前EUV光刻机最主要的客户。根据他们发布的2016年Q4财报，EUV光刻机去年订单就有18台，总价值超过20亿欧元，换算下来一台EUV光刻机至少要1亿多欧元了，接近8亿人民币。

国内公司忌惮的倒不是价格，而是EUV光刻机现在并不能出口到中国，欧美对中国的高科技出口有限制，国内的半导体公司就算是想买也买不到EUV光刻机。

不过话说回来，中国这么大的市场，ASML公司一直错过机会也不甘心，无论如何也都会进入中国市场。日前他们宣布与中国上海的集成电路研究开发中心（ICRD）达成了合作协议，双方将在上海设立一个培训中心，用于支持ASML客户支持，同时还会对中国境内的集成电路工程师展开技术培训。

这次合作虽然只是培训中心，但也是一个开始，一步到位地在国内出售先进光刻机并不现实。从此前展讯公司的表态来看，美国政府部门并不限制14nm工艺进入中国，否认同级别的TSMC 16nm工艺落户南京也不可能的。

在光刻机领域，大家现在只知道荷兰ASML公司，EUV光刻机更是要看ASML的进展，但在90年代日本的尼康、佳能公司因为光学实力雄厚，在半导体制造装备领域开拓的也早，当年比ASML公司还要辉煌，Intel之前的半导体工厂就大量使用了尼康的Ar-F immersion光刻机，但是现在包括Intel、TSMC、三星及GF在内的主要半导体公司都转向了ASML的光刻机，前三家公司之前还大笔投资了ASML公司，以推动ASML公司的EUV光刻机研发，同时他们也是ASML EUV光刻机最主要的用户。

后两家去年宣布达成战略合作，ASML斥资20亿美元入股卡尔蔡司SMT公司，双方将合作研发数值孔径在0.5以上的EUV光刻机，可以进一步将目前0.33孔径光刻机的印刷尺寸从13nm减少到5nm，这些技术意义重大，不过难度也很高，预计到2024年才能有产品问世。

尼康在光刻机市场沉沦了这么久，今天忽然宣布起诉荷兰ASML及其合作伙伴卡尔蔡司SMT公司。尼康指出ASML去年76.3%的营收——大约是35亿欧元，都来自沉浸式光刻设备，尼康公司认为这些设备使用了他们的专利技术。尼康将寻求禁令停止侵权设备销售，并要求ASML及卡尔蔡司SMT赔偿他们的损失。

根据尼康所述，2001年他们就在美国起诉ASML公司侵犯了他们的沉浸式光刻技术专利权，2004年双方签署了交叉授权，旧的专利授权是永久性的，部分专利授权到2009年12月31日。

双方同时声明在2010年1月1日到2014年12月31日期间互不起诉双方的专利侵权。

对于尼康公司突然发起专利诉讼，ASML公司随后也作出公开回应，他们指出尼康的指控是毫无根据也毫无必要。过去的几年中，ASML一直希望跟尼康公司就专利授权延长展开谈判，但是尼康公司并未作出回应，现在选择采取法律行动，ASML对此感到失望。

不过ASML依然希望跟尼康公司达成和解，认为双方应该在市场上而非法庭上展开竞争。

PS：话说回来，尼康要是能在市场上竞争过ASML公司何必选择专利战？一旦到了打专利战的地步，说明双方已经无法正面竞争了，毕竟现在的光刻机市场几乎被ASML独占了，尼康的市场份额在新工艺中可以忽略不计了。

光刻机对大多数人来说显得太高端，有兴趣了解半导体制造工艺的读者可以加小超哥（ID：9501417）微信，可以具体咨询处理器制造过程中的每个步骤。

TSMC、三星以及Intel都会量产10nm工艺，不过10nm工艺主要优势是低功耗，而且从TSMC和三星的进度来看，他们的10nm工艺过渡意味浓厚，2018年就会被7nm工艺接力取代了，而7nm被公认为是高性能工艺，影响会比10nm工艺深远得多，也是各大晶圆厂争夺的重点，跳过10nm工艺的GlobalFoundries及大陆的中芯国际都会投入7nm之争中。

根据TSMC最近公布的一些数据，汇总下他们在7nm节点的一些进展和动向：

·TSMC此前说他们的7nm工艺良率“健康”，这次又给出了具体的证据，7nm生产的256Mbit SRAM芯片良率达到了76%，这个良率确实是很高的。

·7nm表现如此之好，以致于使用新的设计流程可以制造出频率超过4GHz的Cortex-A72处理器。作为参考的是，目前16nm工艺下A72/A73核心频率普遍在2.5GHz以内，华为、联发科高端处理器莫不如此，高通自研的Kryo架构频率也是如此。

·TSMC的7nm工艺下个月开始风险试产，5月份预计会有12款芯片流片。

·目前的7nm工艺还是第一代，并不会使用EUV工艺，而使用EUV工艺的是增强版7nm工艺，TSMC表示该工艺相比初代7nm可以提升10%的性能或者15%的能效，这种高端工艺主要是给苹果这样的客户使用的。

·TSMC预计增强版7nm工艺会在2019年大规模量产。

此前的报道中我们也解释了半导体芯片制造过程中，光刻是非常关键的一步，决定了芯片的技术水平。目前使用的是沉浸式光刻工艺，未来则是EUV（即紫外光刻）工艺。不过EUV工艺研发实在太难了，早在2006年业界就开始联合研发EUV工艺，直到10年后的今天，EUV光刻机才开始小批量生产，荷兰ASML公司日前在财报中提到去年底他们售出6台EUV光刻机，总数达到了18台，总价值超过20亿欧元。

今年半导体公司将升级到10nm节点，不过还是用不上EUV工艺，ASML表示在2018年底到2019年初的7nm工艺节点上，EUV工艺才会正式启用，那时候传统的沉浸式光刻工艺也会遭遇极限。

现在半导体公司提到的新一代制程工艺除了7nm之外，还有5nm、3nm，那么更远的未来呢？ASML公司CEO  Peter Wennink在接受采访时表示EUV工艺不仅能降低7nm、5nm的成本，他们还看的更远，可支撑未来15年，也就是考虑2030年前后的工艺了，ASML表示已经有客户在讨论未来的1.5nm工艺路线图了。

如ASML所说，EUV工艺未来也会升级，现在的EUV工艺数值孔径还是0.33，可用两三代工艺，不过去年他们宣布20亿美元入股卡尔蔡司子公司SMT，双方将合作开发0.5孔径的EUV工艺，还可以再支撑两三代工艺，不过这样的EUV光刻机要等到2024年才能问世。

对于芯片制造，有种戏谑的说法是CPU原材料是沙子，凭什么卖这么贵——这当然是玩笑，沙子和晶圆都有二氧化硅成分，但完全是不同的东西，成本更不可比。之前我们也科普过CPU制造过程，完成整个过程需要很多工序，其中关键部分就是光刻，光刻工艺是这个制造环节是最为复杂的，成本最为高昂的，因为光刻模板、透镜、光源共同决定了“印”在光刻胶上晶体管的尺寸大小。

目前的光刻工艺使用的是193nm的紫外光，随着制造工艺的提升，紫外光光刻技术也将进入EUV极紫外光刻阶段，但EUV工艺目前还不够成熟，产能达不到大规模量产标准。

CPU制造过程中，光刻是非常关键的一步

光刻工艺需要光刻机，全球有能力生产光刻机的公司不多，日本尼康、佳能也有这方面的技术，但目前只能混迹低端市场，能玩转高端市场、特别是EUV光刻机的只有荷兰ASML公司了，这也是Intel、TSMC、三星等晶圆厂都在争取的新一代生产装备。

该公司日前发布了2016年财报，全年营收67.95亿欧元，同比增长8%，毛利率44.8%，净利润14.7亿欧元，同比增长6%。

2016年Q4季度新卖出6台EUV光刻机，如此一来ASML公司售出的EUV光刻机总量就达到了18台，总价值超过20亿欧元，算下来平均每台设备超过1亿欧元，放在全球来看，单一设备能达到这个价格的也没几个。

根据ASML公司所说，2017年他们预计交付12套EUV光刻机，芯片厂商大规模量产EUV光刻工艺预计会在2018年底到2019年初，也就是在7nm节点及之后才会量产EUV工艺。

先说说ASML入股蔡司的——ASML公司将以现金11亿美元收购卡尔蔡司SMT子公司24.9%的股份，此外还将投入大笔研发资金，首笔一次性投入是2.44亿美元，之后6年将投入6亿美元，这次合作预计投入将近20亿美元，对ASML来说也是一大笔投入了。

双方合作的成果就是将推出数值孔径NA不低于0.5的EUV光刻系统，不过这款产品离问世还早，至少要到2024年才能量产。当然，新一代光刻机的好处也很多，目前全球先进的半导体特征尺寸约为35nm，第一代EUV光刻机数值孔径是0.33，特征尺寸缩小到了13nm，而0.5倍数值孔径的EUV将把印刷尺寸进一步缩小到8nm。

光刻机是半导体生产设备中非常重要的一部分，EUV关乎未来半导体工艺的发展，而这个重担落在了ASML公司身上，他们是全球最重要的光刻机厂商了，Intel、三星、TSMC等晶圆公司的光刻机都是购买自ASML公司。

ASML公司目前的EUV光刻机是NXE:3400B型号，预计明年出货，产能是每小时125片晶圆，公差不大于3nm。

根据该公司公告，已经有四家逻辑芯片、两家存储芯片厂商预计会在2018年企业0.33孔径的EUV系统。

未来的0.5倍孔径EUV系统产能将提高到每小时185片晶圆面，公差进一步减少到2nm，而在此之前ASML希望能把产能提升到每小时145片晶圆。

先进半导体制造工艺越来越困难，原有的技术手段已经不适用，制造10nm以下的晶体管需要极其复杂的工艺和设备，ASML的EUV光刻机就是其中的关键，EUV代表极紫外光，波长193nm 13nm（波长越短，光刻分辨率越高，晶体管就越小），可用于制造10nm及以下工艺的芯片，但EUV光刻机研发了这么多年，进度并不如预期那么顺利，此前乐观的预测甚至说14nm节点就能用上EUV技术，但现实很骨感，10nm节点都注定没戏了。

三星、TSMC都想抢在Intel之前量产7nm工艺，此前TSMC准备在7nm节点启用EUV工艺，并耗资引进EUV光刻机，但目前的情况来看TSMC已经把EUV量产放在了5nm工艺上。现在三星接过了EUV抢先的势头，ASML公司CEO已经确认三星上周购买了EUV光刻机NXE3400，这将是EUV光刻机的正式量产型号。

从设备安装到开始生产，至少要2-3个季度，这意味着三星的7nm工艺会争取在明年推出，按照之前的发展过程来看，明年底三星可能会宣布量产7nm工艺——虽然实际上可能只是小批量生产，真正的大规模量产可能还要等到2018年之后。

EUV要想获得突破，需要不断提升光源强度和可靠性。来自EE Times的报道称，荷兰ASML及TSMC台积电在上周宣布他们的原型机上测试了85Wph（每小时晶圆数），之后很快会提升到125Wph。ASML之前演示过185Wph产能的EUV光刻机，并许诺年底前会进一步提高到250Wph。

现在的EUV光刻机可靠性已经提高到了有70%的工作时间，每天可以处理500-600个晶圆，相比去年的情况已经有很大改善，但这远远不够量产水平。ASML公司EUV项目总监Frits van Hout表示现在距离EUV应该达到的水平还有2-3步。现在出货的EUV光刻机会升级，预计今年底达到应有的水平。

芯片制造商预计会在2018年使用EUV工艺生产芯片，届时ASML的EUV光刻机有助于降低7nm工艺的成本。

虽然EUV工艺确实实现了预定目标，但由于产能和可靠性的问题，该项目已经多次延期，到了5nm及3nm节点，EUV可能还需要一次升级。ASML正为此与相关方讨论具体的配置和时间细节。

值得一提的是，目前在EUV工艺上，TSMC比Intel要积极得多，此前TSMC就表示会在10nm工艺上使用EUV工艺，而Intel表示过就算没有EUV工艺，他们也懂得如何制造芯片。不过如果EUV工艺真的能如期量产，Intel也会在7nm节点上启用EUV工艺。