光刻技術，走下 “神壇”_風聞

光刻將不再那麼重要。”這句話一出便在業界引起巨大爭議，這句話來源於英特爾的一位高管。

光刻機，向來被視為半導體制造的命脈。但近期多家芯片巨頭釋放的信息顯示，未來光刻技術可能不再是唯一選擇，即便是很難搶到的High-NA EUV，也多處於“閒置”狀態。

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High-NA EUV光刻機，面臨滯銷

去年，High-NA EUV 熱度很高。

ASML官網顯示，其組裝了兩個TWINSCAN EXE:5000高數值孔徑光刻系統。其中一個由ASM與imec合作開發，將於2024年安裝在ASML與imec的聯合實驗室中，預計2025年投入量產。另一個由英特爾在2018年訂購，2023 年 12 月，ASML正式向英特爾交付了首個High-NA EUV 光刻系統——TWINSCAN EXE:5000的首批模塊。

2024 年初，這台光刻機主要組件運抵英特爾；11 月，台積電稱年底前會收到 ASML 最先進的High-NA EUV光刻機。2025 年 3 月，三星在韓國華城園區引入首台 ASML 造的 TWINSCAN EXE:5000 ，成為英特爾、台積電之後第三家購入的半導體廠商，且三星決定在未來 DRAM 生產中用該技術，競爭對手 SK 海力士也有此計劃。

可在實際應用裏，芯片巨頭們卻對 High-NA EUV 打了退堂鼓。

在此前規劃裏，英特爾或許是應用High-NA EUV光刻機最早的公司。

近日，英特爾表示，ASML的首批兩台尖端光刻機已在其工廠“投入生產”，數據顯示它們比早期型號更可靠。英特爾高級首席工程師Steve Carson表示，英特爾利用ASML的High-NA EUV光刻機，在一個季度內生產30000片晶圓，這種大型硅片可以生產數千個計算芯片。

英特爾計劃使用High-NA EUV設備來幫助開發Intel 18A（1.8nm）製造技術，該技術計劃於今年晚些時候與新一代PC芯片一起量產。該公司表示，計劃利用High-NA EUV設備全面投入下一代製造技術Intel 14A（1.4nm）的生產，但尚未透露該技術的量產日期。

台積電：High-NA EUV大規模應用，最少還需5年

對於High-NA EUV，台積電一直是比較理智的存在。

此前台積電業務開發資深副總經理張曉強表示，雖然對High-NA EUV能力印象深刻，但設備價格超過 3.5 億歐元（3.78 億美元）。目前的標準型EUV光刻機，仍可以支持台積電尖端製程的生產到2026年，台積電尖端製程A16也將會繼續採用標準型EUV光刻機來進行生產。

在最近於荷蘭阿姆斯特丹舉行的台積電技術論壇歐洲站活動上，張曉強再度重申了其對High-NA EUV光刻機的長期立場，該公司的A16（1.6nm級）和 A14（1.4nm級）工藝技術都不會採用 High-NA EUV光刻機。

據悉，台積電的技術團隊已經找到了一種在A14節點上生產芯片的方法，而無需使用High-NA EUV光刻機，與標準型的低數值孔徑EUV系統的 13.5nm 分辨率相比，該工具可提供 8nm 分辨率。

此前台積電曾表示考慮用High-NA EUV微影曝光機生產A10製程芯片，比其計劃於2025年底2nm領先約兩代，這也代表了2030年後才能看到這種機器大規模量產。

三星推遲High-NA EUV使用計劃，代工從1.4nm開始

儘管三星已引進了High-NA EUV光刻機，但這家公司也並沒有着急投入使用。

據悉，三星及其競爭對手SK海力士均已決定推遲在DRAM生產中引入High-NA EUV技術的時間。原因是工具設備的成本過高，另外DRAM架構即將發生變化，從而讓存儲器製造商在High-NA EUV技術上採取更為謹慎的態度。

根據三星和SK海力士的計劃，DRAM架構將分階段發展——從6F²到4F²，最終發展到3DDRAM。2030年之前量產的4F²DRAM將需要EUV技術處理，預計將採用High-NA EUV工具。不過與傳統DRAM不同，3D DRAM通過垂直堆疊增加晶體管密度，並不一定需要用到EUV技術，無論是普通的EUV還是High-NA EUV工具，從而消除了對EUV技術的需求。這意味着即便投資了High-NA EUV光刻機，但實際部署到DRAM生產的窗口期可能相對較短。

三星也會將High-NA EUV技術引入到邏輯芯片的生產中，正在評估1.4nm工藝中的使用，目標2027年量產。

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刻蝕技術，成為新焦點

在半導體制造中，刻蝕是僅次於光刻的核心工藝，直接決定芯片性能、良率和集成度。隨着先進製程向3nm及以下演進，刻蝕步驟從傳統制程的10%佔比激增至50%以上（以5nm FinFET為例，刻蝕次數超150次）。

據投資研究平台 Tegus 披露的討論內容，一位匿名英特爾總監表示，未來晶體管設計將降低對先進光刻設備的依賴，轉而提升刻蝕技術的核心地位。

他認為，隨着全環繞柵極場效應晶體管和互補場效應晶體管（CFET）等新型結構的發展，高端芯片製造對光刻環節的總體需求將會減弱。

在光刻環節，ASML EUV及High-NA光刻機將電路設計轉印至晶圓。後處理環節，通過沉積工藝添加材料，再經刻蝕工藝選擇性去除材料形成晶體管結構。

這位高管強調，GAAFET 與 CFET 等三維晶體管結構要求“從各個方向包裹柵極”，使得橫向去除多餘材料成為關鍵，“製造商將更專注於通過刻蝕工藝去除材料，而非延長晶圓在光刻機中的處理時間來縮小特徵尺寸。”

簡單來講，隨着芯片製造中橫向方向的重要性日益增加，High-NA EUV的重要性相比於EUV就沒那麼重要了。

與此同時，Lam等芯片刻蝕公司將發揮更多的作用。

那麼光刻機便不再重要了嗎？非也。

未來芯片製造將減少對ASML High-NA EUV 光刻機的依賴，但業界對該設備的需求依舊相當大。

這位高管表示：“在 7nm技術節點附近，EUV光刻曾起到關鍵作用，往後這類需求會減少。之所以這樣，不只是因為我們在探尋巧妙的側向材料去除與操控方法，還涉及晶圓對晶圓（wafer- to -wafer ）的技術。存儲芯片與邏輯芯片廠商，不再把所有東西都擠壓在單晶圓上、讓製造難度陡增，而是開始在晶圓背面或晶圓之間尋找‘空間’。

這麼做的效果，是降低對最小特徵尺寸的依賴—— 畢竟，能在垂直維度和給定平面上，都實現高密度集成。打個比方，不再侷限於平鋪 ‘郊區’，而是搭建 ‘摩天大樓’。建 ‘摩天大樓’ 時，光刻的需求仍在，但不像打造 ‘郊區’（依賴小特徵尺寸）時那麼關鍵。我們不是隻在一個方向使勁壓縮，而是嘗試雙向拓展空間。”

03

ASML EUV，還能走多遠？

上述觀點一出，業內對於ASML的關注度再上一個層級。

業界聚焦的問題主要有三：一是 ASML 年度光刻機出貨量；二是其下一代產品進展；三是ASML 的 EUV 技術還能走多遠？

關於第一個問題，ASML 2024年財報顯示，其光刻機全年銷量418台，包括44台EUV光刻機、374台DUV光刻機，另外還賣出了165台計量和檢測系統。

收入來源方面，中國大陸2024年為ASML貢獻了101.95億歐元收入(約合人民幣797.71億元)，佔比高達36.1％，遙遙領先。

其次是韓國64.09億歐元，佔比22.7％；美國45.22億歐元，佔比16.0％；中國台灣43.54億歐元，佔比15.4％；歐洲13億歐元，佔比4.6％；日本11.56億歐元，佔比4.1％。

ASML指出，市場需求不足、晶圓廠準備不足，導致客户對EUV光刻機的需求也在推遲，但是DVU光刻機需求仍然超過交付能力，尤其是來自中國市場的需求十分強勁。

關於第二個問題，在High-NA EUV成功推出的同時，ASML和蔡司還在研究新一代數值孔徑為0.75 NA的Hyper NA EUV光刻系統。

Jos Benschop表示，Hyper NA EUV光刻系統的物鏡並不一定非得更大，“你也可以把最後一面鏡子放在離芯片更近的地方，這樣你就會得到同樣的效果。缺點是更多的光線會反射回來——這就是鏡子的情況。”

Hyper NA EUV還有一個優點，更大的數值孔徑可以處理更多的光線，就像你倒空寬頸的瓶子比清空窄頸的瓶子更快。因此，Hyper NA EUV不僅能夠打印出更清晰的線條，而且打印速度也更快。

根據Martin van den Brink此前披露的ASML未來15年的邏輯器件工藝路線圖，利用目前的0.3NA的標準型EUV光刻機支持到2025年2nm的量產，再往下就需要通過多重曝光技術來實現，但支持到2027年量產的1.4nm將會是極限。

關於第三個問題，根據Research and Markets、Future Market Insights數據，ASML控制着全球75%至80%的EUV光刻市場，其技術無人能及。ASML為所有主要芯片製造商提供產品，實際上壟斷了EUV系統領域，該領域貢獻了其近四分之一的總收入。

ASML 的 EUV 技術重塑了芯片製造業，並且很可能在未來至少 10 到 20 年內保持關鍵地位。

當然，在這個過程中，ASML也需要面臨來自業界各方的挑戰。

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新型光刻技術，陸續面世

此外，目前ASML的EUV光刻機所採用的是被稱為激光等離子體EUV光源（EUV-LPP），但隨着半導體制程的持續推進，EUV-LPP也將面臨更多的挑戰。作為LPP-EUV技術的替代，近年來，美國、中國、日本等國家的研究機構都在研發基於直線電子加速器的自由電子激光技術的EUV光源（EUV-FEL）系統，該技術利用磁鐵影響電子，可以產生任何波長的光，並且其光源功率足以同時支持10~20台EUV光刻機。這種方法不僅可以繞過ASML所採用的EUV-LPP技術路線，還可大幅降低EUV光源的系統成本。

ASML在2015年左右也研究了EUV-FEL技術，雖然該技術是有效的，卻不符合當前需求。因為粒子加速器體積龐大覆蓋了整個建築物，並不適合當前的晶圓廠。而且，一旦EUV-FEL光源產生故障或需要維護，那麼接入該光源的10多條生產線都將面臨停機問題。對於大多數的芯片製造商或者晶圓代工廠商來説，如果其在一個地區只建幾座晶圓廠，那麼也就沒有必要用這樣的一個重型光源。

美國初創公司Xlight報告稱，它希望在2028年將EUV-FEL光源的原型與ASML機器連接起來。

初創公司Lace LithographyAS(挪威卑爾根)也正在開發一種光刻技術，該技術使用向表面發射的原子來定義特徵，其分辨率超出了極紫外光刻技術的極限。

Lace Litho 所稱的 BEUV 理論上可以實現更精細的特徵，支持晶體管的持續小型化並延伸摩爾定律。

傳統的 EUV 系統使用13.5nm波長的光，通過一系列反射鏡和掩模在晶圓上形成圖案。原子光刻技術能夠實現直接無掩模圖案化，其分辨率甚至小於受波長限制的 EUV 系統所能達到的分辨率。

該公司在其網站上聲稱：“通過使用原子代替光，我們為芯片製造商提供了領先當前技術15年的功能，而且成本更低、能耗更低。”

除了上述技術外，納米壓印光刻、電子束光刻機等新型光刻技術也在不斷發展。納米壓印光刻通過壓印模具的方式，直接將圖案複製到光刻膠上，相比傳統光刻，能夠以更低的成本實現高分辨率圖形轉移，已經在一些特殊領域得到應用。電子束光刻機則可以直接利用電子束在光刻膠上繪製圖案，具有極高的分辨率和靈活性，特別適用於小批量、高精度芯片的製造。

儘管目前 ASML 憑藉成熟的產業鏈、龐大的裝機量以及穩定的客户關係佔據優勢，但新興技術帶來的潛在威脅不容忽視。