在近日召開的“2022半導(dǎo)體EUV生態(tài)系統(tǒng)全球大會(huì)”上，全球最大的光刻機(jī)供應(yīng)商荷蘭ASML表示，今年其極紫外光刻機(jī)（EUV）生產(chǎn)量將超過50臺(tái)。EUV的供應(yīng)一直受到產(chǎn)能不足的限制。但從2019年的22臺(tái)增加至今年的50臺(tái)，預(yù)計(jì)ASML的EUV出貨總量已達(dá)到180臺(tái)，呈現(xiàn)加速入場(chǎng)之勢(shì)。與此同時(shí)，三星、臺(tái)積電和英特爾也在不斷強(qiáng)化2/3nm的開發(fā)進(jìn)程。EUV的加速入場(chǎng)亦將加劇芯片三巨頭在先進(jìn)工藝領(lǐng)域的爭奪。

2025年EUV年產(chǎn)能將達(dá)90臺(tái)

近日，ASML表示，其EUV產(chǎn)量預(yù)計(jì)將從2019年的22臺(tái)，增加到2020年的32臺(tái)，2021年增加到42臺(tái)，今年將超過50臺(tái)。ASML還也宣布了擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，到2025-2026年將EUV和DUV的產(chǎn)能分別提升到90臺(tái)和600臺(tái)。對(duì)于業(yè)界更為關(guān)注的下一代高數(shù)值孔徑極紫外光刻機(jī)（High-NA EUV），ASML也做了新的披露。High-NA EUV的初期版本，預(yù)計(jì)將于明年年底推出，并于2025年年底正式商用。

根據(jù)專家的介紹，相比DUV 浸沒式光刻機(jī)采用193nm波長的深紫外光，EUV光刻系統(tǒng)中使用的極紫外光波長僅為13.5nm。其單次曝光就可以替代DUV的多重曝光步驟，可以幫助芯片制造商繼續(xù)向7nm及以下更先進(jìn)的工藝推進(jìn)，同時(shí)提升效率和降低曝光成本。然而，目前芯片制造商已將制造工藝推進(jìn)到3nm左右，如果要繼續(xù)推進(jìn)到2nm制程甚至更小的尺寸，就需要更高數(shù)值孔徑（NA）的High-NA EUV。相比目前的0.33數(shù)值孔徑的EUV光刻機(jī)，High-NA EUV光刻機(jī)將數(shù)值孔徑提升到0.55，可以進(jìn)一步提升設(shè)備的分辨率，通過多重曝光技術(shù)可支持2nm及以下芯片工藝的制造。

目前，臺(tái)積電、三星、英特爾等頭部芯片制造商正在大力投資更先進(jìn)的3nm、2nm技術(shù)，以滿足高性能計(jì)算的需求。ASML新一代的高數(shù)值孔徑 High-NA EUV光刻機(jī)也就成為了爭奪的關(guān)鍵。早在2021年7月，英特爾就宣布將在2024年量產(chǎn)Intel 20A工藝（相當(dāng)于2nm），并透露將率先采用High-NA EUV。今年9月，臺(tái)積電研究發(fā)展資深副總經(jīng)理米玉杰也對(duì)外表示，臺(tái)積電將在2024年取得ASML新一代High-NA EUV光刻機(jī)，為客戶發(fā)展相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施與架構(gòu)解決方案。

光刻機(jī)的爭奪也推動(dòng)了ASML業(yè)績的增長。ASML首席執(zhí)行官兼總裁Peter Wennink表示，雖然當(dāng)前宏觀環(huán)境帶來了短期的不確定性，但市場(chǎng)對(duì)其的長期需求和公司產(chǎn)能仍將穩(wěn)定發(fā)展。不斷擴(kuò)大的應(yīng)用空間和行業(yè)創(chuàng)新將繼續(xù)推動(dòng)半導(dǎo)體市場(chǎng)的增長。財(cái)報(bào)顯示，ASML2022年第三季度實(shí)現(xiàn)凈銷售額58億歐元，毛利率為51.8%，凈利潤17億歐元；預(yù)計(jì)第四季度凈銷售額約為61億至66億歐元，毛利率約為49%；基于第四季度預(yù)期的中位數(shù)，預(yù)計(jì)2022年?duì)I收約為211億歐元。

芯片大廠加緊爭購EUV

目前，三星、臺(tái)積電和英特爾均在強(qiáng)化先進(jìn)工藝的開發(fā)，EUV的加速入場(chǎng)則將加劇這一爭奪態(tài)勢(shì)。根據(jù)TrendForce集邦咨詢的報(bào)告，在今年第二季度前十大晶圓代工產(chǎn)值中，臺(tái)積電第二季度營收為181.5億美元，5/4nm營收季增約11.1%，是第二季度營收表現(xiàn)最佳的工藝節(jié)點(diǎn)，7/6nm工藝節(jié)點(diǎn)營收環(huán)比增長2.8%。而現(xiàn)階段，臺(tái)積電的主要目標(biāo)是提升3nm工藝的產(chǎn)量和良品率，并于2025年量產(chǎn)2nm工藝。其中，3nm工藝的升級(jí)版N3S、N3P將采用EUV，2nm工藝節(jié)點(diǎn)將使用Gate-all-around FETs（GAAFET）晶體管，相比3nm有10%～15%的性能提升，功耗降低25%～30%，生產(chǎn)中需要使用到High-NA EUV。臺(tái)積電業(yè)務(wù)開發(fā)資深副總經(jīng)理張曉強(qiáng)表示，2024年有望取得High-NA EUV設(shè)備，初期將主要用于與合作伙伴共同研究，尚不會(huì)量產(chǎn)，具體的量產(chǎn)將會(huì)是在2025年。

三星在5/4nm時(shí)代因良率不佳導(dǎo)致訂單落后于臺(tái)積電后，希望通過下一代的產(chǎn)品技術(shù)革新扭轉(zhuǎn)局面。今年6月三星量產(chǎn)其第一代3nmGAE工藝。3nm GAP(GAA-Plus)是第一代3nm工藝的升級(jí)版，預(yù)計(jì)將于2024年推出。為了支持先進(jìn)工藝的開發(fā)與量產(chǎn)，三星電子副會(huì)長李在镕今年6月即赴歐與ASML簽署項(xiàng)協(xié)議，搶購EUV設(shè)備，預(yù)訂明年推出的High-NA EUV。

英特爾的追趕也很快，2021年量產(chǎn)Intel 7（相當(dāng)于10nm）工藝，今年下半年量產(chǎn)或做好量產(chǎn)Intel 4（相當(dāng)于7nm）的準(zhǔn)備。2023年，英特爾將發(fā)布代號(hào)為Meteor Lake CPU的第14代酷睿，使用Intel 4。這是英特爾第一個(gè)將使用EUV的生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)。此后，英特爾還將量產(chǎn)Intel20A，它將廣泛使用EUV最大限度地提高晶體管密度，提供體面的性能改進(jìn)，并降低功耗。在英特爾的計(jì)劃中，這一工藝平臺(tái)將與臺(tái)積電第二、第三代3nm工藝技術(shù)（N3S、N3P）展開競(jìng)爭。英特爾還在準(zhǔn)備Intel18A（相當(dāng)于1.8nm），進(jìn)一步提高產(chǎn)品的PPA（性能、功率、面積）。對(duì)于Intel18A，英特爾計(jì)劃使用High-NA EUV。

可以看出，三星、臺(tái)積電和英特爾三大芯片廠商都在致力于推進(jìn)先進(jìn)工藝，從10nm、7/5nm向3/2nm演進(jìn)，并將關(guān)鍵時(shí)點(diǎn)放在了2024-2025年。這也是EUV放量以及新一代High-NA EUV量產(chǎn)的時(shí)間。EUV及新一代High-NA EUV的加速入場(chǎng)加劇了競(jìng)爭過程。

半導(dǎo)體專家莫大康撰文指出，對(duì)于2納米技術(shù)，從工藝技術(shù)路徑方面，三巨頭可能無大的差異，都是從FinFET，走向GAA，再有一些變異，而采用的設(shè)備都一樣，均為ASML的High-NA EUV光刻機(jī)。因此，從理論上講，三家都可能成功,其中的差異化在于良率、產(chǎn)能及生產(chǎn)線管理等方面。但換一個(gè)角度來看，EUV設(shè)備應(yīng)用的好壞，也在很大程度上，影響著三大廠商在先進(jìn)工藝領(lǐng)域的競(jìng)爭進(jìn)程。