不容忽視的日本EUV實力_風聞
半导体行业观察-半导体行业观察官方账号-专注观察全球半导体最新资讯、技术前沿、发展趋势。2021-01-15 11:21
近期三星為爭搶EUV設備，高層頻頻傳出密訪ASML，EUV的重要性早已不言而喻。提到EUV，大家首先想到的就是ASML，ASML並不是一個家喻户曉的名字，但他卻是現代技術的關鍵。因為它提供了製造半導體必不可少的“光刻”機器，在摩爾定律即將發展到盡頭的現在，可以説，得EUV者得先進工藝。雖然在EUV相關設備市場中，荷蘭ASML壟斷了核心光刻機，但在“極紫外光刻曝光”周邊設備中，日本設備廠家的存在感在逐步提升，尤其在檢測、感光材料塗覆、成像等相關設備方面，日本的實力也是不容忽視的。
廠商們“慌慌張張”，不過EUV幾台
半導體邏輯製程技術進入到7納米以下後，由於線寬過細，因此需要EUV設備做為曝光媒介，未來先進半導體邏輯芯片製程將向下推進到3納米、2納米，甚至是1納米制程，屆時EUV設備將會出現再度升級。除此之外，不僅邏輯晶圓製程需要EUV設備之外，就連未來量產DRAM也需要EUV設備。
因此除了台積電、三星及英特爾等晶圓廠爭搶EUV，後續包含美光、SK海力士也需要大量EUV設備。乘着5G普及的“順風”，半導體微縮化需求逐步高漲，半導體廠家加速導入EUV，EUV設備成為炙手可熱的產品。
所以三星電子李在鎔副會長於10月13日緊急訪問了荷蘭的半導體設備廠家——ASML，並與ASML的CEO Peter Wennink先生、CTO Martin van den Brink先生進行了會談，那麼三星能得到幾台EUV設備呢？
讓我們來回看下全球唯一的EUV設備生產商ASML的歷年出貨量，ASML在2015年出貨了6台、2017年10台，2018年18台，2019年26台，預計2020年出貨36台。然而，Open PO數量在不斷增長，在2020年的第二季度已經達到了56台。據biz-journal推測，在ASML 2020年出貨的36台設備中大部分都是出給台積電的。如果三星電子也購買了EUV設備，最多也就是1-2台。可以推測，在2020年年末各家廠家持有的EUV設備數量如下，TSMC為61台，三星電子最多為10台左右。
外電報導也指出，ASML目前已經生產及接單的EUV設備大約落在70台左右水準，台積電已經獲得過半設備，三星才獲得10台，雖然李在鎔親自出訪ASML，也才多獲得9台，僅接近台積電當初剛跨入EUV世代的水準，三星先進製程晶圓供給量遠低於台積電。
後續TSMC每年會引進約20-30台EUV設備，預計在2025年末會擁有約185台EUV設備（甚至更多）（注），另一方面，三星電子的目標是在2025年末擁有約100台EUV設備，從ASML的生產產能來看，相當困難。
日本的EUV設備實力
上文我們所説的都是ASML的EUV曝光設備（也就是我們常説的EUV光刻機），這是EUV核心設備。但EUV相關設備中還包含光掩模缺陷檢測設備和塗覆顯影設備，這可以稱作是EUV的周邊設備，在這兩大EUV設備領域中，日本廠商有着不容小覷的市佔率。
首先來看缺陷檢測設備，如果作為原始電路板的光掩模中存在缺陷，則半導體的缺陷率將相應增加。最近幾年需求增長尤其旺盛的是EUV光罩（半導體線路的光掩模版、掩膜版）檢驗設備，在這個領域，日本的Lasertec Corp.是全球唯一的測試機製造商，Lasertec公司持有全球市場100%的份額。
2017年，Lasertec解決了EUV難題的關鍵部分，當時該公司創建了一款可以檢查空白EUV掩模內部缺陷的機器。2019年9月，它又推出了可以對已經印有芯片設計的模板進行相同處理的設備，從而又創建了另一個里程碑。
據雅虎新聞報道，Lasertec公司2020年7月-9月期間的半導體相關設備的訂單金額是去年同期的2.6倍。為滿足市場的需求，目前已經增加了數家代工企業。傳統的檢查EUV光掩膜的方法主要是將深紫外光（DUV）應用於光源中，而EUV的波長較DUV更短，產品缺陷檢測靈敏度更高。DUV光雖然也可以應用於當下最先進的工藝5納米中，而Lasertec公司的經營企劃室室長三澤祐太朗指出，“隨着微縮化的發展，在步入2納米制程時，DUV的感光度可能會不夠充分”！即，採用EUV光源的檢測設備的需求有望進一步增長。
Lasertec總裁Osamu Okabayashi此前曾指出，“邏輯芯片製造商將首先採用EUV技術，隨後將是內存芯片製造商，但真正的訂單量將在它們達到量產階段時到來。”Okabayashi預計每個客户可能需要幾個測試設備，每個設備的成本可能超過43億日元(4000萬美元)，建造時間長達兩年。芯片製造商在其掩膜車間至少需要一台機器，以確保模板打印正確。而晶圓廠則需要測試設備來觀察由於集中的光線反覆投射到芯片設計模板上而造成的微觀磨損。
日本另一個佔據100%市場份額的是東京電子的EUV塗覆顯影設備，該設備用於將特殊的化學液體塗在硅片上作為半導體材料進行顯影。1993年東電開始銷售FPD生產設備塗布機/顯影機，2000年交付了1000台塗布機/顯影機“ CLEAN TRACK ACT 8”。
東京電子的河合利樹社長指出，如果EUV的導入能促進整個工序的技術進步的話，與EUV沒有直接聯繫的工序數也會增加。此外，各種設備的性能也會得以提高。另外，對成膜、蝕刻設備等也會帶來一定的影響。據悉到2021年3月，東京電子計劃投資至少12.5億美元用於研發，來應對光刻設備市場的需求。
日本其他EUV實力
除了EUV設備，日本在EUV光刻膠和EUV激光光源方面也是數一數二的。
在光刻膠領域，日本是全球的領先廠商，尤其是在EUV光刻膠方面，他們的市場佔比更是高達90%，然而他們似乎並沒有放慢腳步。
據《日經新聞》日前報導，富士膠片控股公司和住友化學將最早在2021年開始提供用於下一代芯片製造的材料，這將有助於智能手機和其他設備向更小、更節能等趨勢發展。富士膠片正投資45億日元（4,260萬美元），在東京西南部的靜岡縣生產工廠配備設備，最早將於2021年開始批量生產。該公司表示，使用該產品，殘留物更少，從而減少了有缺陷的芯片。 同時，住友化學將在2022財年之前為大阪的一家工廠提供從開發到生產的全方位光刻膠生產能力。
光源可靠性也是光刻機的重要一環。日本的Gigaphoton是在全球範圍內能夠為光刻機提供激光光源的兩家廠商之一（另外一家是Cymer，該公司於2012年被ASML收購）。Gigaphoton正期待捲土重來，因為在EUV出現之前，該公司就已成為光刻機光源領域的前兩名。但是，由於諸如ASML收購競爭對手之類的原因，它目前正在失去其地位。在ASML推出EUV下一代設備之前，Gigaphoton努力開發高輸出光源組件，以重新獲得市場份額。
GIGAPHOTON 是一家相對較年輕的公司，成立於2000年。Gigaphoton一直在積極開發極紫外（EUV）光刻技術，以作為超越ArF光刻技術時代的下一代光刻技術之一。Gigaphoton已經開發了一種使用激光產生等離子體（LPP）方法的EUV光源，該方法通過將脈衝激光輻射到Sn靶上來從高温等離子體產生EUV光。目前，該公司正在開發量產的光源並取得穩定的進展。
此外，在電子束掩膜光刻設備市場，東芝集團旗下的NuFlare Technology緊緊追趕東京電子顯微鏡製造商JEOL與奧地利IMS Nanofabrication的聯盟，正在集中開發能夠發射26萬束激光的“多光束”設備。為了防止被全球最大的光掩膜板製造商Hoya收購，今年一月份起，東芝加強對NuFlare Technology的控制，向後者增派25名工程師及其他管理者，以期在2020財年實現下一代EUV適用設備出貨。
寫在最後
在光刻設備領域，尼康和佳能曾席捲全球市場，但在與ASML的競爭中失敗並在EUV開發方面落後。由上文我們可以看出，在EUV的周邊設備領域以及材料方面，日本仍然盤踞着幾大龍頭。但未來隨着產品和設備技術複雜性的增加以及相關成本的增加，向EUV光刻技術的過渡將不可避免地減少市場參與者的數量。
但關於EUV，也有一些令人擔憂的因素。一台尖端EUV曝光設備的價格高達1.2億人民幣（甚至更高），且周邊設備的價格也很昂貴。可以預想，隨着半導體微縮化的發展，半導體的成本價很可能會超過之前的完成品價格。日立高科技的石和太專務執行董事曾提出，“在微縮化技術的極限到來之前，經濟價值的極限應該會率先到來！”
在如今的半導體行業，人們在想方設法提高半導體的性能，如縱向堆疊多個半導體芯片的“立體化”方法，即不通過微縮化來提高性能。希望全球的半導體設備廠家具有前瞻性，能夠預想到EUV微縮化到底能持續到什麼時候。