一臺ASML7納米光刻機月產能有多大?

千里驫馬


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2018年12月份,ASML一家電子元件供應商發生火災,有消息稱將會影響向中芯國際交貨;要知道2017年底中芯國際已經成功預定ASML公司2019年1臺7mm光刻機的訂單。不僅如此,在美國如今的虎視眈眈下,ASML在美國牽頭的《瓦森納協定》中本身就讓我國半導體發展緩慢,現在的中芯國際的7nm光刻機還會受影響嗎?

2018年ASML總銷量18臺,計劃2019年30臺,當然對於ASML來說,已經提升了速度,按照現在的預估,生產產能在每月1.5-2臺之間,就算完成不了,很多企業拿它也沒有辦法,畢竟它是是全球唯一能生產EUV光刻機的企業。

我們現在算一筆賬,一臺ASML7納米光刻機月產能有多大?據稱在2019年ASML的型號是Twinscan NXE: 3400C。如今我們知道的,Twinscan NXE: 3400B將會被取代,而這款型號每小時晶圓雕刻能力從155片提升至170片。

我們如果拿三星生產的7LPP EUV芯片,每天可以在其ASML Twinscan NXE:3400B 上掃描系統和每個280 W光源上處理1500個晶圓。

不管ASML7納米的光刻機多強,如果我們不能自主,估計只能被限制住:自己的才是最主要的!


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目前最先進ASML的7nm光刻機生產芯片的速度也並不快,日產達到500—600片,扣除良率後,一個月單臺光刻機完成光刻部分大概就是1.5萬片左右

臺積電目前總共採購了ASML的7nm光刻機三十臺中的十八臺。

十八臺全部量產的臺積電十二寸晶圓的峰值大約每月有效大片約為25—27萬片。

理論上如果臺積電訂購的光刻機全部到貨,臺積電的7nm加 7nm EUV產能最高能到25—27萬片。

目前前期7NM每張大片約USD10000 滿產可以實現月USD25億。(目前臺積電每月實際全NM銷售額約二十五億美金。現在應該沒有全部到貨,沒有滿產。後期生產穩定以及有更先進製程工藝 價格可能會有調整)

目前臺積電主要是十二寸的臺積電十二廠和十五廠的部分廠房在承擔7nm的晶圓製造工作。

我們按照華為麒麟990 面積約113平方毫米計算,十二寸滿切約600片 扣除邊緣區和不良(先進NM目前良率應該不高) 實際良品可能不超過500PCS

理論臺積電十八臺光刻機滿產月生產麒麟990約125KK左右。麒麟990年訂單需求可能在70KK左右。

綜合以上。

1:低NM工藝是臺積電的營業額和贏利大戶,目前7nm據說已經佔到總收入四成,約10億美金。反推目前核算良率後,臺積電十二廠 十五廠五期和六期應該至少已經收到或者開動的7NM光刻機有九到十臺。

2:目前的產能對應到客戶 實際訂單 應該還可以繼續提升產能。(目前不確定是否真的是十八臺以及後面十八廠的5nm是否也用這個光刻機)個人感覺十八臺全部用在7nm 太猛,幾乎可以吃掉全球所有7nm訂單。三星咋弄?市場也不願意臺積電吃幹 臺積電也不願意。

綜上 個別數據根據情況可能會有不同。有些舉例也是按照大概,因為很多數據屬於保密和未公開數據。加上臺積電本身很多工廠的機器配置不是完全一樣,例如很多廠是從剛開始其它製程轉7nm。各廠情況不一樣,會有部分差距,因為光刻的速度還要結合其它設備等千項工藝來互相配合適應(光刻最貴成本,大體會盡量按光刻機來)。

7nm投資是個吞金獸。良好的良率和品質也會轉變為利潤最高最好的晶圓。

最後舉例 一片十二寸晶圓如果是28nm 價格約為USD4000。當這片晶圓去轉做7nm,價格就變成了約為USD10000。



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    2018年全年,ASML生產了18臺光刻機,2019年將生產30臺,其中18臺已經被臺積電購買,我國大陸的中芯國際有1臺。

    ASML壟斷了光刻機市場

    ASML(阿斯麥)是荷蘭一家非常低調的大佬級企業,主營光刻機,尤其是芯片級的EUV(極紫外光刻機),只有ASML能夠生產7nm的UEV光刻機,壟斷了全球80%的光刻機市場。


    ASML的光刻機非常昂貴,單臺售價高達1.2億美元,關鍵是產量有限,需要提前預定,EUV光刻機包含了5萬多個零件,從下單到正式交貨,需要21個月。2017年是中芯國際成功預定一臺7nm的EUV光刻機,預計今年能夠成為到貨。


    為什麼中國大陸很難購買?

    我國為了能夠購買一臺先進的ASML光刻機,可以說是費盡周折,即便有錢也很難購買,為什麼呢?


    原因1:ASML獨特的合作模式

    ASML有一個非常奇特的規定,只有投資了ASML,才能獲得優先供貨權,也就是所謂的“抱團”,這種合作模式給ASML提供了大量的資金,包括英特爾、三星、臺積電、海力士等在ASML中都有可觀的股份,也可以說全球大半個半導體行業都是ASML的合作伙伴。這也就能夠解釋為什麼臺積電能夠優先購買EUV光刻機,而且一買就是18臺,而我國大陸排隊兩年,還沒等到最新的7nm EUV光刻機。

    原因2:《瓦森納協定》禁運

    《瓦森納協定》又稱為瓦森納安排機制,由美國、日本、英國、荷蘭等40個成員國,限制向某些國家出口敏感產品和技術許可,這個“安排機制”受到了美國的控制,而被禁運的名單中就包括我國大陸。如捷克擬向我國出口“無源雷達設備”時,就遭到了美國向捷克施壓,被迫停止了交易。

    根據瓦森納的協定,要求滿足國外和國內技術相差1.5倍,才可以解除禁運。AMSL向我國開放7nm EUV光刻機時,ASML已將在生產5nm光刻機了,我國的半導體制造工藝仍然落後一代以上。


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目前7納米光刻機被ASML壟斷,而且價格非常昂貴。

大家都知道光刻機是目前世界上技術最複雜的設備之一,目前只有少數國家能夠生產光刻機,而能夠生產7nm光刻機的只有一家企業,那就是荷蘭的ASML。



目前荷蘭ASML壟斷著全球高端光科技80%以上的份額,至於7納米光刻機,那基本上是100%壟斷。正因為技術全球領先,而且處於壟斷地位,所以目前一臺7納米光刻機的價格是非常昂貴的。比如2018年中芯國際跟ASML預定了一臺7納米工藝的光刻機,其價格就達到了1.2億美元,光一臺光刻機的價格就相當於中芯國際2017年全年的利潤。

但即便光刻機的售價非常昂貴,目前仍然供不應求,有些廠家即便給到更高的價格也不一定能買到,因為7nm光刻機每年的出貨量也就十幾二十臺,這些生產出來的光刻機還優先提供給ASMl的合作伙伴以及股東。

看到這個估計很多朋友都比較好奇,既然7納米光刻機的售價這麼昂貴,那它的產能到底是多少呢?買了之後是虧還是賺呢?

我們再來看一下ASML7納米光刻機的產能到底是多少?

在瞭解7nm光刻機產能之前我們先來看下目前主要芯片代工企業的收入水平。

下圖是2018年全球主要芯片代工企業代工一個晶圓的平均收入情況,平均收入水平最高的是臺積電,每張芯片收入是1382美元;接下來是格羅方德,單張晶圓代工收入是1014美元;第3位是聯華電子,單張晶圓代工收入是715美元;第4位是中芯國際,單張晶圓代工收入是671美元。



從這些代工企業的平均收入來看,4個廠家的收入相差是比較大的,位於第一的臺積電單張晶圓代工收入當於中芯國際的兩倍左右。而這些代工企業之所以有這麼大的收入差距,因為他們代工的芯片工藝要求不一樣,目前中芯國際所代工的大多都是90納米以上,而臺積電所代工的大部分都是小於90納米的芯片,而且小於20納米的也佔了不少份額。

對於代工企業來說,所代工的芯片工藝要求越高,其代工的收入會越高。比如目前小於20納米的芯片代工單張晶圓的代工收入大概是6050元,對於7納米的晶圓,其代工收入應該在8000美元以上。



接下來我們再看一下ASML7nm光刻機的產能到底是多少。

至於ASML7納米光刻機的產能是多少,也要看型號。目前ASML的EUV光刻機有兩種型號,不同的型號及產能差距還是挺大的。

第一種型號:NXE:3400B產能

NXE:3400B是目前全球7納米光刻機產量最多的一個型號,包括臺積電,三星,海力士等企業都在使用。NXE:3400B每小時處理晶圓數不低於125片(125 wph),在實驗室中可達 140 片。

如果按照每小時處理晶圓125片計算,每一片8000美元,每小時的產能就達到100萬美元,如果一天24小時不停的運轉,那一天的產能就達到2400萬美元,一個月的產能就達到7.2億美元,理論上一年的產能就可以達到87.6億美元。

第二種型號:NXE:3400C

NXE:3400C是ASML在2018年下半年推出的新一代EUV光刻機,這款光刻機將每小時的產能提升到了170片,如果按照每片晶圓代工收入8000美元計算,每小時的產能就達到136萬美元,如果一天24小時不停的運轉,一天的產能就達到3264萬美元,一個月的產能大概是9.8億美元,這樣理論上一年的產能就達到了120億美元左右。

但在實際操作過程當中,7納米光刻機也不可能一年365天每天都是24小時運行,這裡面除了要考慮設備的維護之外,更關鍵的是還得看市場的需求,所以一臺7納米光刻機一年的產量應該達不到100億美元以上,但完成幾十億美元的產能還是有可能的。所以即便7納米光刻機的售價很貴,但是買到之後基本上不會虧損,而且會很賺錢。


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ASML公司的7nm光刻機可以說是目前最先進的光刻機之一了,按照2019年ASML某型號的光刻機技術參數來看,大約每小時可以生產150片晶圓,這樣按月計算的話最大產能應該能達到十萬片,當然這只是一個理論值,放到實際操作環境中受各種因素的制約是不可能達到這樣的水平的,哪怕進入工藝成熟期後,每月能生產3萬片晶圓就很不錯了。

業界使用7nm工藝的芯片並不多,我們就拿AMD新一代銳龍3處理器來說,這款CPU核心面積大約是80平方毫米,按照較為主流的12英寸晶圓來計算,去掉晶圓的邊角料損耗,一片警員大約可以切割800個銳龍3芯片,如果良品率取一個70%的數值計算,一塊12寸晶圓能夠生產560顆左右的合格CPU芯片。

所以綜合以上兩點進行粗略計算的話,ASML一臺7nm光刻機在正式量產的條件下每月能生產1000萬顆芯片,雖說我們不知道一塊7nm晶圓報價多少錢,但是按照AMD銳龍3的均價來看,這個產能下的利潤還是很多的,足以在很短的時間內把新工藝上投的錢賺回來。

當然,由於工藝的成熟度不同,同樣一臺7nm光刻機月產能也會不斷增大,而且上面我說的還是銳龍3這樣的大核心CPU,如果是生產手機處理器產能就更大了,因為核心面積小,良品率也相對高一些,產能數字會更大,但是到了新一代7nm euv光刻機之後,月產能起初可能會再次降低。


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我們知道,在製造半導體芯片的過程中,離不開光刻機設備。目前,在全球光刻機市場上,光刻機大廠ASML的市佔率已達80%左右,而目前我們國家還不具備生產同類同性能的生產能力。

目前如果單純講ASML7納米制程工藝的光刻機,全球每年至目前不超過30臺。可以看到ASML2017年出貨了11臺,計劃2018提供20臺,2019預提升到30臺,2020年預計提升到40臺,同時2018年年底ASML發生相關火災,可能預計會影響2019年出貨,也就是說2019年肯定最多不會超過30臺。

我們都知道,就光刻機而言,目前ASML處於相對壟斷地位,世界主流芯片製造商臺積電三星英特爾都採用其設備。目前,一臺ASML EUV 7nm 最新型號的光刻機售價達到1.2億美元,約8億人民幣,且為訂單生產,全世界都在搶,也並不是想買就能買到,就如中國,至目前還沒有一臺提供。而ASML也是西方國家集體的產物,也不是荷蘭一個國家就能做出來,其超過90%的零配件都是向外採購的,尤其在光源和鏡頭這些零配件的產能上跟不上生產,因為高端精密鏡頭這些都是完全純手工製作。

這大致就是機器本身的生產量,穩定的生產產能是保持在約1.5-2臺/每月之間,2019能否完成30臺現在很難確定。另外一方面,從ASML光刻機雕刻能力來說,一臺ASML EUV 7nm每小時理論雕刻能力為155片左右,具體晶圓的尺寸還要根據實際來具體說。


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目前7納米芯片是最先進的工藝,產能有限,只有少數廠商拿得到貨使用在旗艦機型上,主要還是由於工藝複雜,產能不足造成的,生產7納米芯片主要的機器是ASML光刻機,那就來了解一下它的生產原理和產能。

光刻機設備主是是荷蘭ASML公司製造

全球生產光刻機的設備少之又少,佔主流還是荷蘭的ASML公司,光刻機的製造非常的複雜,需要大量的研發人員,一臺機器的造價就達到了上億美元,而且需要提前預訂,主要是供給了三星和臺積電這兩家芯片製造企業。



光刻機的生產原理

光刻機在加工芯片的過程中,通過光源,形狀控制的方法,將光束射過線路圖,處理好光學誤差,再將線路圖的比例縮小,用化學的方法將電路圖刻在硅片上。在晶圓上開出各種微小的空間注入離子,生成PN節,構建千千萬萬的元器件,這些工藝流程完成後,在一個晶圓上才能形成芯片的原型,還要經過切割、封裝、套入管腳,測試等這些流程,才能完成最終的芯片。



ASML 7納米光刻機的月產能大約1.6萬片左右

因為7nm的芯片的體積更小,要將千千萬萬的晶體管刻在這麼小的晶元上,難度要比其它的芯片大得多, 如果在常規的設置狀態下,EUV光刻機的工作效率會達到70WPH,但在生產中,實際效率只有50%,7nm芯片工藝難度增加,良率不高,算一下大約每天只能加工640片晶圓,月產能也就1.6萬片左右。


7納米芯片已經量產了有一段時間,由於工藝的特殊性,芯片製造商產能超負荷運轉也無法滿足市場需求, 導致很多廠商的產品跳票,影響銷售。它們也在積極的改進生產工藝流程,提升產能,爭取在第三季度滿足iPhone和華為的芯片訂單。


星河方舟


評論員門寧:

首先要說的是,光刻機的規格與集成電路製程不同,你所說的7nm光刻機,應該指的是可以用於生產7nm製程的光刻機,更進一步講就是ASML最先進的EUV(極紫外光刻機)。

ASML集合了各家頂尖科技公司的頂尖技術,製造出了傳說中的EUV,可以說是人類科技合作史上最值得稱讚的成果。有了EUV,讓製造先進製程變得容易了一些,因此EUV一面世就被遭到了搶購。根據ASML披露,從訂購到交貨,需要等待1年以上的時間。

EUV每臺的售價約為1.2億美元,也就是北京一棟樓價格,但生產的難度遠遠大於蓋房子。2017年時ASML生產了12臺EUV,2018年計劃生產24臺,結果只完成了18臺。ASML今年的生產計劃是30臺,這30臺對中國來說至關重要,因為中芯國際訂購的一臺就在其中。

中芯國際今年一季度已經量產了14nm製程,接下來要攻克12nm和10nm,並向7nm努力,有了EUV之後,突破的效率將事半功倍。所以ASML的生產進度,還關係到我國的半導體發展。

光刻機中短期內實現國產替代的可能性很小,精密儀器上每一點細小的突破都需要數年的積累,更不要說國產光刻機與ASML的差距巨大了。

ASML願意賣給我們,能夠按時生產出來,就是我們最大的幸運了。


首席投資官


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就在美國以信息安全為由,以芯片來打壓華為的時候,所有人默默為華為捏了一把汗。

  • 華為海思“備胎”計劃僅僅是一個方面,影響華為麒麟處理器生產的在於代工廠臺積電;

  • 好在臺積電隨後宣佈,與華為合作正常進行,華為麒麟985將不會受到影響。

為何臺積電如此重要,主要原因在於國內目前暫無7nm工藝製程的能力。

那麼,臺積電為何能夠實現7nm工藝製程芯片的生產,產能又如何呢?


如何製作7nm芯片、產能問題

科技無國界有時候僅僅是說說而已,芯片產業的壁壘同樣相當嚴重。

一、如何製作7nm芯片

芯片生產無法離開光刻機設備,7nm工藝製程的光刻機僅荷蘭的ASML公司能夠生產。

  • 一方面,荷蘭ASML公司光刻機的產能有限,基本屬於有錢都無法購買的產品;


  • 一方面,根據《瓦森納協定》,中國無法購買到最先進的光刻機設備。

並且ASML公司工廠剛剛經歷過一場大火,導致訂購2019年光刻機的公司無法按時到貨。

二、我們再來看看7nm光刻機的產能如何?

本身7nm工藝製作難度較大,光刻機的效率會在35WPH,並且7nm工藝的良品率較低,每天僅能夠生產600片左右。

那麼,我們2019年的需求有多少呢?

  • 芯片需求量將會成倍增長,原處理器與基帶芯片集成在一起進行生產;

  • 5G網絡,第一批手機將會使用5G基帶外掛的方式實現,一款手機需要兩塊7nm芯片。

對於2019年5G手機出貨量將會形成加大的壓力。

國內芯片代工廠

這裡來說說剛剛從美國退市的中芯國際!

已經具備14nm芯片的量產能力,良品率已經高達95%,12nm芯片已經進入到客戶導向進程。並且中芯國際已經從荷蘭的ASML公司訂購了一臺1.2億美元的光刻機。至於荷蘭ASML公司能否按時交貨,暫時還不得而知。

一旦設備到貨,中國芯片代工將會有較大的提升空間。


關於光刻機7納米光刻機的產能問題,您怎麼看?

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極客談科技


電子的晶體管發展又到了十字路口了,納米基本到了盡頭,中國現在還在這方向追逐,可能到時同別人距離近些時,新的電子可能已經不是硅了,比如,量子,石墨烯等算,我們又要從頭來了,前面投入的上萬億白廢了,也就算了,但我們現在在新的領域發力了嗎? 我沒懂,你們懂你們說說。


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