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作者 | 方文三
各大巨頭在未來仍將圍繞High-NA EUV設(shè)備展開激烈競爭，爭相導(dǎo)入或宣布市場進展，預(yù)示著半導(dǎo)體行業(yè)將迎來新一輪技術(shù)革新。
目前，英特爾、臺積電、三星、SK海力士等晶圓制造大廠已紛紛對High-NA EUV光刻機表現(xiàn)出強烈的關(guān)注與行動。
High-NA EUV光刻機到來，巨頭們承壓下角逐
如今，隨著ASML High-NA EUV光刻機的問世，半導(dǎo)體行業(yè)迎來新的競爭高潮。
ASML露面的High NA EUV光刻機，為2納米技術(shù)揭開神秘面紗。
這一新一代光刻機的售價高達3.5億歐元，約合人民幣27億元，將成為全球三大晶圓制造廠實現(xiàn)2納米以下先進制程大規(guī)模量產(chǎn)的必備設(shè)備。
然而，這一高性能光刻機的價格是當(dāng)前EUV光刻機的兩倍，從而帶來設(shè)備成本的大幅增加。
雖然這一技術(shù)將推動芯片制造邁向2納米以下的先進制程，但其高昂的成本也讓企業(yè)權(quán)衡再三。
高昂的設(shè)備成本成為各晶圓大廠的巨大負(fù)擔(dān)，目前0.33NA EUV光刻機售價約1.81億美元每臺。
如此高昂的價格，對半導(dǎo)體廠商而言無疑是一種巨大的負(fù)擔(dān)。
以英特爾為例，2023年英特爾代工業(yè)務(wù)虧損70億美元，其中采用下一代EUV光刻機而造成的成本負(fù)擔(dān)便是原因之一。
臺積電也曾多次指出下一代 EUV 設(shè)備價格太貴，甚至表示A16先進制程節(jié)點并不一定需要 High NA EUV。
而困于良率瓶頸的三星，在如此高昂的設(shè)備成本面前同樣十分掙扎，在其SF1.4節(jié)點的宣傳中甚至都未提到High NA。
臺積電原計劃于2026年下半年開始量產(chǎn)1.6納米制程技術(shù)，并隨后采用High-NA EUV技術(shù)。
臺積電：掌握主動權(quán)優(yōu)勢，未來不激進于最新一代
臺積電正在積極安裝對于先進工藝至關(guān)重要的EUV光刻機，以應(yīng)付2nm工藝的量產(chǎn)，今年和明年將接收超過60臺EUV光刻機，投入的資金額超過4000億新臺幣（約合123億美元。
2024-2025年將接受60臺EUV光刻機，但也指出下一代EUV設(shè)備價格太貴，對成本有所顧慮。
雖然ASML方面已確認(rèn)將在2024年內(nèi)向臺積電交付High-NA EUV光刻機，但這一機臺僅用于制程開發(fā)目的。
臺積電暫無在2025-2026年引入量產(chǎn)用High-NA EUV光刻機的規(guī)劃。
隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，這些設(shè)備的成本亦隨之攀升，即便是像臺積電這樣的行業(yè)巨頭，也難以像以往那樣毫無顧忌地進行采購。
在阿姆斯特丹舉行的一場技術(shù)研討會上，臺積電的高級副總裁Kevin Zhang明確指出，新型high-NA（高數(shù)值孔徑）EUV光刻機的成本極高，短期內(nèi)公司不會考慮引進該技術(shù)。
臺積電計劃于2026年底推出的A16制程（1.6納米）將不會采用high-NA EUV光刻機，而是繼續(xù)依賴公司現(xiàn)有的EUV設(shè)備。
他強調(diào)：[雖然high-NA EUV技術(shù)的性能令人向往，但是否采用將基于其在經(jīng)濟層面的最優(yōu)化考量，以及我們在技術(shù)上能否達到一個平衡點。]
根據(jù)[晶圓廠設(shè)備制造商]的消息源，臺積電預(yù)計不會在其即將推出的2nm和1.4nm工藝節(jié)點上采用High NA機器，這兩個節(jié)點預(yù)計分別于2025年和2027年左右推出。
相反，臺積電計劃將High NA機器的采用推遲至1nm工藝，這可能需要大約六年的時間，這使得臺積電在采納最新芯片制造技術(shù)方面落后于其競爭對手?jǐn)?shù)年。
選擇Low NA還是High NA機器的關(guān)鍵在于掩模版的制作是采用單次曝光還是多次曝光。
Low NA機器需要多次曝光，這會增加缺陷出現(xiàn)的概率，從而降低產(chǎn)量。
而High NA機器僅需一次曝光即可完成，這降低了工藝的復(fù)雜性，減少了錯誤發(fā)生的可能性，并且節(jié)省了制造過程的時間。
正如Tom所言，現(xiàn)有的13nm機器通過兩次曝光可以制作出與High NA 8nm機器單次曝光相同的掩模版。
鑒于此，技術(shù)升級并非保持行業(yè)領(lǐng)先地位的必要條件，這解釋了為何像臺積電這樣的公司可能會選擇等待一段時間。
相較于競爭對手，臺積電能夠借助持續(xù)的生產(chǎn)實踐累積寶貴的經(jīng)驗數(shù)據(jù)并優(yōu)化其工藝流程，進而構(gòu)建起一個[訂單驅(qū)動-技術(shù)迭代-再獲訂單]的良性循環(huán)體系。
換言之，臺積電擁有一個極為龐大的優(yōu)質(zhì)客戶群，這些客戶協(xié)助他們調(diào)試各類設(shè)備的缺陷，這正是三星和英特爾所缺乏的。
英特爾：本土政策助力，率先訂購新設(shè)備
此前因在EUV上的決策失誤，包括未采用 EUV 光刻技術(shù)以及[Tick-Tock]戰(zhàn)略的失敗，導(dǎo)致英特爾逐漸掉隊，市場份額被蠶食。
英特爾在過去幾年中，在10nm節(jié)點面臨各種困難，被臺積電及三星超越。
在EUV技術(shù)研發(fā)上，英特爾是全球重要推手，但在10nm節(jié)點沒有選擇EUV光刻，而是嘗試了新的SAQP四重曝光技術(shù)，目標(biāo)是不依賴EUV光刻機也能生產(chǎn)先進工藝。
然而，SAQP曝光工藝非常復(fù)雜，成本高，隨著時間的推移，英特爾站在了錯誤的一邊。
因此英特爾希望通過率先采用High-NA EUV光刻機，以保持對臺積電等競爭對手的持續(xù)領(lǐng)先優(yōu)勢。
英特爾率先訂購新型High-NA EUV設(shè)備EXE:5000，拿下全球首臺及第二臺設(shè)備，在最先進光刻機導(dǎo)入上取得領(lǐng)先優(yōu)勢。
英特爾已經(jīng)宣布購買了5臺這種設(shè)備，用于在2025年生產(chǎn) 英特爾18A芯片。
在今年八月，英特爾公司宣布已成功接收并安裝調(diào)試了全球第二臺價值3.83億美元的High-NA EUV光刻機，該設(shè)備目前位于俄勒岡州的晶圓廠。
公司的目標(biāo)是在2026至2027年間實現(xiàn)英特爾14A制程技術(shù)的量產(chǎn)，并在此基礎(chǔ)上進一步提升制程技術(shù)。
最終，英特爾公司計劃在2030年前實現(xiàn)其代工業(yè)務(wù)的運營利潤率達到收支平衡，并成為全球第二大晶圓代工廠。
然而，作為一款新型設(shè)備，High-NA EUV光刻機也使英特爾公司不得不面對設(shè)備折舊和量產(chǎn)攤銷成本的壓力，以平息外界的質(zhì)疑。
在2024年，英特爾的代工業(yè)務(wù)遭受了高達70億美元的虧損，虧損額度同比增加了34.6%。
面對持續(xù)的財務(wù)困境，英特爾決定將芯片制造與設(shè)計業(yè)務(wù)進行分拆，旨在削減成本，并且推遲了多項新工廠的建設(shè)規(guī)劃。
盡管面臨眾多挑戰(zhàn)，HighNA光刻機技術(shù)仍然是英特爾試圖扭轉(zhuǎn)局面的關(guān)鍵因素。
近年來，美國積極介入并推動本國芯片制造業(yè)的發(fā)展，尤其在先進制程技術(shù)領(lǐng)域。
美國政府為此實施了多項政策，旨在扶持國內(nèi)企業(yè)，并提供財政資助，其中英特爾公司受益頗豐。
得益于美國政府的高額補貼，英特爾正積極拓展晶圓代工市場，力圖重奪其在芯片制造技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。
為此，公司特別加大了對EUV的投資，成為該技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先者。
在獲得Twinscan EXE：5200之前，英特爾已購置了EXE：5000型號，用以掌握如何更高效地運用高數(shù)值孔徑（High-NA）EUV設(shè)備，并在18A制程技術(shù)的研發(fā)上積累經(jīng)驗。
英特爾計劃于2025年起，利用Twinscan EXE：5200開始量產(chǎn)18A制程芯片。
鑒于高數(shù)值孔徑與低數(shù)值孔徑光刻機在技術(shù)上存在顯著差異，需要對現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施進行大規(guī)模改造。
因此，英特爾在競爭對手之前部署Twinscan EXE：5200，這為其帶來了戰(zhàn)略優(yōu)勢。
一方面，公司有充足時間優(yōu)化其18A工藝技術(shù)，另一方面，也能夠調(diào)整高數(shù)值孔徑基礎(chǔ)設(shè)施。
這些舉措將使英特爾在與臺積電和三星的競爭中占據(jù)有利地位。
三星：良品率滯后，期盼新設(shè)備帶來新技術(shù)突破
三星幾乎將追趕上臺積電的全部希望寄托于3納米工藝。
預(yù)計在2024年第三季度，三星的非內(nèi)存部門，包括晶圓代工和系統(tǒng)LSI等，虧損金額將超過一萬億韓元。
此外，三星的3納米制程良率持續(xù)偏低，且尚未獲得主要客戶的青睞，近期還宣布將位于美國得州泰勒市的先進代工晶圓廠的量產(chǎn)時間推遲至2026年。
綜合這些因素，三星在3納米時代超越臺積電的愿望似乎已徹底破滅。
因此，三星引進High-NA EUV光刻機的消息表明，其將在下一代光刻技術(shù)領(lǐng)域與英特爾和臺積電展開更為激烈的競爭。
三星電子半導(dǎo)體部門計劃今年年底和明年第一季度引進High NA EUV設(shè)備[EXE:5000]，用于代工業(yè)務(wù)。
消息稱三星將于2025年初從ASML引進High-NA EUV光刻機，預(yù)計2025年初到貨，最快2025年中旬開始運行。
三星最快將于年底引進High-NA EUV機器，目標(biāo)是到2027年實現(xiàn)High-NA的全面商業(yè)化，并努力構(gòu)建相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)。
積極構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)，與多家公司合作，包括 Lasertech、Synopsys、JSR等，為2027年Hi-NA 的全面商業(yè)化做準(zhǔn)備。
三星正在與電子設(shè)計自動化（EDA）公司合作設(shè)計新型光罩，包括用于High-NA EUV的彎曲（曲線）電路，以提高晶圓上印刷電路的清晰度。
此次合作包括半導(dǎo)體EDA工具全球領(lǐng)導(dǎo)者Synopsys 等公司。
此外，三星電子與ASML韓國合建半導(dǎo)體研發(fā)中心，預(yù)計自2027年起引進 High-NA 極紫外光（EUV）設(shè)備。
三星計劃于2025年開始量產(chǎn)2納米制程，并逐步將其應(yīng)用于其他領(lǐng)域。
例如，2025年首先應(yīng)用于移動領(lǐng)域，2026年擴展至HPC應(yīng)用，2027年再擴展至汽車領(lǐng)域。
三星的2納米制程節(jié)點采用了優(yōu)化的背面供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，旨在降低供電電路對信號電路的干擾。
三星計劃利用自身設(shè)備加速先進節(jié)點的開發(fā)，并設(shè)定了到2027年實現(xiàn)1.4納米工藝商業(yè)化的宏偉目標(biāo)，這可能為1納米制程的生產(chǎn)鋪平道路。
據(jù)金奇炫透露，三星已與ASML公司就采購高數(shù)值孔徑EUV設(shè)備達成了協(xié)議。
金奇炫強調(diào)：[三星已確保在獲取高數(shù)值孔徑EUV設(shè)備技術(shù)方面的優(yōu)先權(quán)。]
他進一步闡述：[我堅信，此舉將為我們提供一個長期機遇，以優(yōu)化高數(shù)值孔徑技術(shù)在動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）及邏輯芯片生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。]
ASML也在為下一代High-NA EUV成本做考慮
繼High-NA EUV之后，ASML已經(jīng)開始探索下一代Hyper-NA EUV設(shè)備，并尋求相應(yīng)的技術(shù)解決方案。
ASML的計劃是在2030年推出Hyper-NA EUV設(shè)備，其數(shù)值孔徑將達到0.75。
High-NA EUV技術(shù)預(yù)計將覆蓋2至1.4納米的工藝節(jié)點，而Hyper-NA EUV技術(shù)則有望在1至0.7納米工藝節(jié)點上繼續(xù)推進。
與High-NA EUV技術(shù)相比，Hyper-NA EUV技術(shù)在成本上更具優(yōu)勢，有望為半導(dǎo)體行業(yè)開辟新的增長路徑。
由于需要更大、更先進的鏡片和改進的照明系統(tǒng)，Hyper-NA將是一個成本更高的選擇。
為此ASML控制成本策略，以應(yīng)對每一代新芯片中每個晶體管價格上漲的趨勢。
為了加速開發(fā)進程并降低成本，ASML已利用其現(xiàn)有的Low NA Twinscan NXE:3600 EUV機器作為新High NA機器的構(gòu)建模塊。
ASML的Low NA型號采用模塊化設(shè)計，使公司能夠利用成熟的技術(shù)和模塊為新工具服務(wù)，并且公司僅在必要時添加新模塊。
如同往常，成本是關(guān)鍵因素，但ASML顯然已經(jīng)在考慮如何使Hyper-NA定價方程對客戶更具吸引力。
結(jié)尾：
ASML的生產(chǎn)量有了顯著提升，不再像以往那樣需要爭先恐后地?fù)屬彛℉igh-NA EUV除外）。
同時，ASML的EUV光刻機技術(shù)升級的難度日益增加，在0.55 NA之后，進一步的升級將變得極為困難，可能成為該技術(shù)的最終版本，未來升級可能要推遲至2030年。
此外，硅基芯片技術(shù)已接近其物理極限，技術(shù)進步愈發(fā)艱難，未來可能會轉(zhuǎn)向光電芯片、碳基芯片、量子芯片等新興技術(shù)，EUV光刻機在行業(yè)中的地位和前景已不如以往那般清晰。
部分資料參考：半導(dǎo)體行業(yè)觀察：《EUV光刻機爭奪戰(zhàn)，風(fēng)云突變》，半導(dǎo)體行業(yè)小報：《半導(dǎo)體光刻新紀(jì)元：HighNA EUV光刻機揭幕》，全球半導(dǎo)體觀察：《近500億元！EUV光刻機巨頭掙翻了》，半導(dǎo)體芯聞：《ASML發(fā)布財報，披露EUV光刻機新進展》，半導(dǎo)體行業(yè)觀察：《EUV光刻機，創(chuàng)下新紀(jì)錄》，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫：《EUV光刻機變數(shù)陡增》
