新一輪EUV光刻機爭奪戰開打_風聞

來源：內容由半導體行業觀察（ID：icbank）原創，作者：暢秋，謝謝。

在全球範圍內，作為EUV光刻機的唯一供應商，ASML在業內受到的關注度越來越高，特別是以台積電為代表的先進製程發展得風生水起的當下，ASML的重要性與日俱增。

本週，ASML發佈了2021第四季度和全年財報，內容是一如既往的亮眼。該公司2021年第四季度營收為50億歐元，淨利潤為18億歐元，毛利率54.2%，新增訂單金額71億歐元，其中，26億歐元來自0.33 NA（數值孔徑）和0.55 NA EUV系統訂單；2021年全年營收達186億歐元，其中，63億歐元來自於42台EUV系統，全年淨利潤59億歐元，毛利率52.7%。

ASML還公佈了2022年第一季度財測，預估營收淨額約33億到35億歐元，預估2022全年的營收淨額可比2021年增長約20%。

EUV光刻機重要性愈加凸出

EUV光刻機的波長比現有的氟化氬 (ArF) 曝光短1/14，這有利於實現半導體最先進製程的實現。近年來，對10nm以下先進製程的需求不斷增長，也增加了EUV曝光設備的供應。由於EUV設備加工複雜，ASML年產量也很小。最近，ASML 正專注於提高其產能和供應量。

由於市場對最先進製程工藝的需求增加和客户羣的擴大，EUV光刻機供應的數量將持續增長。預計兩年內累計供應量將增加一倍以上。

據統計，在2020年第三季度~2021年第二季度這四個季度內，ASML共向市場出貨了40 台EUV設備，比前四個季度（2019年第三季度~2020年第二季度）的24台增長了66%。

具體來看，7nm~5nm邏輯芯片（以每月45000片晶圓計算）需要一台 EUV 設備來繪製一個EUV層。16nm以下DRAM（以每月10萬片計算）一層需要1.5~2台EUV設備。作為全球最大的存儲芯片供應商，三星電子計劃將14nm DDR5 DRAM 的 EUV 應用層數從 1 層增加到5層，而SK海力士也計劃增加EUV應用層數，這些將推動對EUV設備需求的增長。

另外，繼三星電子在2018年首次引入 7nm 工藝的 EUV 設備後，台積電和 SK 海力士也進入了 EUV 競爭，市場規模一直在擴大，因為美國的美光和英特爾也在推動引入 EUV 設備。

對於這樣的市場需求，ASML首席執行官 Peter Wennink表示，“我們計劃2022年將EUV設備的產量增加到55台，並在2023年增加到60台。” 兩年後，將有超過240台EUV設備投入市場，超過迄今為止的累計供應量。

新版本EUV光刻機呼之欲出

目前，每台EUV設備都有超過 100,000 個零組件，它們需要40個貨運集裝箱或四架大型噴氣式飛機來運輸，每個價值約1.4億美元。

為了滿足不斷進化的先進製程，ASML正在研發更先進的EUV光刻機，主要體現在高NA上。

與目前的EUV設備相比，更高NA意味着更大、更昂貴且更復雜。高NA設備具有更高的分辨率，這將使芯片特徵縮小1.7倍，芯片密度增加2.9倍。這可以使客户減少流程步驟的數量，還可以顯着減少缺陷、成本和芯片生產週期。

新的EUV設備，其NA值將從0.33 提升至0.55，以實現更高分辨率的圖案化。

據悉，第一台高NA設備仍在開發中，預計2023年開始提供搶先體驗，以便芯片製造商可以開始試驗並學習如何使用它。客户可以在2024年將它們用於自己的研發，從2025 年開始，這些高NA的EUV設備有望用於芯片量產。

更高的NA值允許在機器內部產生更寬的EUV光束，然後再照射晶圓。該光束越寬，照射晶圓時的強度就越大，從而提高打印線條的準確度。這反過來又可以實現更小的幾何形狀和更小的間距，從而增加密度。

ASML的新設備將允許芯片製造商製造2nm及以下製程的芯片。

不過，高NA設備意味着高昂的價格，據悉，每台NA值為0.55的EUV設備價格將達到3 億美元，是現有EUV設備的兩倍，並且，它還需要複雜的新鏡頭技術。

目前，製造先進製程（如5nm、3nm）芯片的廠商不得不依賴雙重或三重圖案技術，這很耗時，而使用高NA EUV設備，他們能夠在單層中打印這些特徵，從而縮短週轉時間並提高工藝靈活性。

先進EUV爭奪戰打響

EUV光刻機，特別是最新設備的客户是台積電、三星、英特爾、SK海力士和美光，目前來看，前三家對於ASML產能的爭奪愈演愈烈。

上週，台積電公佈其資本支出高達400億到440億美元，且首度揭露用於2nm先進製程投資，這也意味台積電在2nm有重大突破，並下單採購高NA的EUV，以投入2nm研發及試產。台積電供應鏈透露，台積電內部規劃2nm試產部隊將於今年第四季度正式成軍。

據悉，台積電已經獲得了目前市場上供應的EUV設備的一半。台積電擁有約50台EUV設備。鑑於EUV設備的獨家供應體系，快速確保設備安全將成為三星和SK海力士等半導體製造商面臨的挑戰。

有消息顯示，三星也在緊急搶購一台高NA EUV，並要ASML直接拉到三星工廠內進行測試，創下ASML直接出貨到客户廠內再測試的首例，可見台積電與三星在先進製程競賽的激烈程度。

三星表示，該公司將於2022上半年推出3nm製程，三星電子副會長李在鎔假釋出獄後，立即宣佈未來3年投入240兆韓元(約2050億美元) ，鞏固該公司在後疫情時代科技產業的優勢地位，稱該公司下一代製程節點3nm製程採用GAA（Gate-All-Around）技術不會輸給競爭對手台積電。

三星強調，與5nm製程相比，其首顆3nm製程GAA工藝芯片面積將縮小35%，性能提高 30% 或功耗降低 50%。三星稱其3nm製程良率正在逼近4nm製程，預計2022 年推出第一代3nm 3GAE技術，2023年推出新一代3nm 3GAP技術，2025年2nm 2GAP 製程投產。這些對先進EUV設備的需求將不斷提升。

目前，三星正在搶購更多的EUV光刻機，以縮小與台積電之間的數量差距。據統計，截止2020年，台積電的EUV光刻機數量約40台，三星則是18台左右，不到台積電的一半。預計2022年三星會購入大概18台EUV光刻機，拉近與台積電之間的數量差距，總數將達到台積電的60%左右。

根據台積電年報信息，3nm基於EUV技術展現優異的光學能力，與符合預期的芯片良率，以減少曝光機光罩缺陷及製程堆棧誤差，並降低整體成本，2nm及更先進製程上將着重於改善極紫外光技術的質量與成本。

台積電積極與ASML緊密合作，不僅取得EUV設備數量有優勢，其設備技術的開發致關重要，這也是其能超越三星、英特爾的關鍵原因之一。

英特爾也在加大先進EUV設備的投入。

2021年，英特爾宣佈重返晶圓代工市場，並在同年7月正式宣佈推出先進製程技術藍圖，計劃在未來4年推出5個新世代芯片製程技術，並宣佈將原本的10 nm Enhanced SuperFin正名為Intel 7，原先的7nm正名為Intel 4，之後分別為Intel 3、Intel 20A、Intel 18A 等，也就是説2025年就會達到2nm製程的領域，目標是趕超台積電。

為了實現這一目標，英特爾在爭奪ASML最先進EUV光刻機方面不遺餘力。

本週，英特爾宣佈領先於台積電和三星訂購了ASML的TWINSCAN EXE:5200光刻機。這是ASML正在開發的高NA EUV光刻機，單台價格將達到3億美元。據悉，其吞吐量超每小時220片晶圓。按照ASML的規劃，TWINSCAN EXE:5200最快將於2024年底投入使用，用於驗證，2025年開始用於芯片量產。

四年前，英特爾也是第一個下單ASML第一代0.55 NA光刻機EXE:5000的公司。

和0.33NA光刻機相比，0.55NA的分辨率從13nm升級到8nm，可以更快更好地曝光更復雜的集成電路圖案，突破0.33NA單次構圖32nm到30nm間距的極限。EXE:5000有望率先用於3nm製程，EXE:5200則很可能用於英特爾未來的20A或者18A製程。

結語

2022年，隨着3nm製程的量產，市場對先進EUV光刻機的需求量進一步提升，未來的2nm、1nm，以及更先進製程不斷迭代，為更先進EUV設備的研發提供着動力，同時難度也在不斷增加，產量恐怕會愈加吃緊，相應的設備爭奪戰將會更加激烈。