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半导体产业争霸赛谁能胜出?关键仍在光学技术

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荷兰政府近日根据瓦森纳国际协议(Wassenaar Arrangement),禁止 ASML 公司向中国出口极紫外光刻机(Extreme Ultraviolet,EUV Lithography);中国驻荷兰大使反呛要以中荷关係为要胁,要求荷兰政府取消禁令。光刻设备是半导体製程中最重要的设备,全球又仅有 ASML 能提供最高阶的光刻设备,美国要求荷兰政府禁止 ASML 向中国输出这设备,可说是掐住中国半导体产业的咽喉。半导体产业争霸赛的关键,无疑就是光刻设备需要仰赖的「光学技术」。

半导体朝 7 奈米以下迈进,需要更短的极紫外光

半导体製程中要将晶片上的电路更缩小化,就需要更短波长的雷射光源,以便在光刻製程中,用雷射光刻出间距更小的电路图。光线的波长决定了焦点的尺寸(数值孔径),也就决定了电路的线距。现今半导体製程往 7 奈米以下迈进,便需要 13.5 奈米极紫外(EUV)波长的光刻设备,用更短的波长製作更精细、密度更高的电路,从而构建更快、更节能的晶片。

荷兰的 ASML 是世界上唯一一家可以提供 EUV 光刻设备的公司。台积电、三星、英特尔、中芯国际等半导体大厂全都需要 ASML 的 EUV 光刻设备才能步入更先进的奈米製程。EUV 光刻设备成为 ASML 傲视全球的独门生意,一台光刻设备金额高达一亿欧元(约新台币 33 亿元)。

根据 ASML 在 1 月 22 日所公布的 2019 年第四季财报显示,该公司 2019 全年营收 118 亿欧元(约新台币 3,931 亿元),全年净利 26 亿欧元(约新台币 866 亿元)。

「对于 ASML 而言,2019 年又是一个成长的年度,主要是因为 DUV 与 EUV 所生产之逻辑晶片的强劲需求。」ASML 总裁兼执行长 Peter Wennink 表示:「我们预计 2020 年业绩将受益于 EUV 需求和安装好的机台数,销售与获利都会有两位数成长……受惠于智慧手机和 5G 的投资,预计逻辑晶片市场在 2020 年仍将保持强劲。记忆体市场方面,我们的客户有看到市场复甦的迹象。」

ASML 能成为现今半导体设备的霸主,主要原因是 2016 年时 ASML 与和德国卡尔蔡司(ZEISS)旗下的蔡司半导体公司(Carl Zeiss SMT)的策略合作。当时 ASML 收购了 Carl Zeiss SMT 约四分之一的股权,以强化双方在半导体微影技术的合作,其目标是发展下一代 EUV 光刻系统,并预计在 2018 年问世。

当时 ASML 在曝光机市场上并非没有竞争者,还与日本 Canon、Nikon 维持三国鼎立的局面。ASML 有全球最顶尖的光学老牌公司的加持,在 4 年内逐渐拉大了与竞争者的差距。

围堵可以阻止中国发展的决心?反思光学之重要性

这一次荷兰政府禁止 ASML 向中国输出 EUV 光刻机,让中芯国际等中国半导体厂吃了闷亏,但是中国发展半导体的战略中,从来没有忽视过光刻机的重要性,比如在 2018 年底,中国科学院发表了「超分辨光刻装备」专案成果,号称能够利用 365 奈米的波长进行 22 奈米的製程,并还可以透过多重曝光的手法,实现 10 奈米以下的製程,号称可以打破垄断局面。

整体来说,美国联合西方世界,阻止关键零组件、高速电脑、关键设备与材料进入中国,以围堵中国半导体等高科技的发展,成效的确立竿见影。但是科技产业的根本仍是在深耕技术所需的基础科学,尤其是光学、材料等,中国强化发展自主技术、国产化的意图,不容小觑。

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