新一輪EUV光刻機(jī)爭奪戰(zhàn)開打

在全球范圍內(nèi)，作為EUV光刻機(jī)的唯一供應(yīng)商，ASML在業(yè)內(nèi)受到的關(guān)注度越來越高，特別是以臺積電為代表的先進(jìn)制程發(fā)展得風(fēng)生水起的當(dāng)下，ASML的重要性與日俱增。

本周，ASML發(fā)布了2021第四季度和全年財報，內(nèi)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，凈利潤為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(shù)值孔徑)和0.55 NA EUV系統(tǒng)訂單;2021年全年營收達(dá)186億歐元，其中，63億歐元來自于42臺EUV系統(tǒng)，全年凈利潤59億歐元，毛利率52.7%。

ASML還公布了2022年第一季度財測，預(yù)估營收凈額約33億到35億歐元，預(yù)估2022全年的營收凈額可比2021年增長約20%。

EUV光刻機(jī)重要性愈加凸出

EUV光刻機(jī)的波長比現(xiàn)有的氟化氬 (ArF) 曝光短1/14，這有利于實現(xiàn)半導(dǎo)體最先進(jìn)制程的實現(xiàn)。近年來，對10nm以下先進(jìn)制程的需求不斷增長，也增加了EUV曝光設(shè)備的供應(yīng)。由于EUV設(shè)備加工復(fù)雜，ASML年產(chǎn)量也很小。最近，ASML 正專注于提高其產(chǎn)能和供應(yīng)量。

由于市場對最先進(jìn)制程工藝的需求增加和客戶群的擴(kuò)大，EUV光刻機(jī)供應(yīng)的數(shù)量將持續(xù)增長。預(yù)計兩年內(nèi)累計供應(yīng)量將增加一倍以上。

據(jù)統(tǒng)計，在2020年第三季度~2021年第二季度這四個季度內(nèi)，ASML共向市場出貨了40 臺EUV設(shè)備，比前四個季度(2019年第三季度~2020年第二季度)的24臺增長了66%。

具體來看，7nm~5nm邏輯芯片(以每月45000片晶圓計算)需要一臺 EUV 設(shè)備來繪制一個EUV層。16nm以下DRAM(以每月10萬片計算)一層需要1.5~2臺EUV設(shè)備。作為全球最大的存儲芯片供應(yīng)商，三星電子計劃將14nm DDR5 DRAM 的 EUV 應(yīng)用層數(shù)從 1 層增加到5層，而SK海力士也計劃增加EUV應(yīng)用層數(shù)，這些將推動對EUV設(shè)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(shè)備后，臺積電和 SK 海力士也進(jìn)入了 EUV 競爭，市場規(guī)模一直在擴(kuò)大，因為美國的美光和英特爾也在推動引入 EUV 設(shè)備。

對于這樣的市場需求，ASML首席執(zhí)行官 Peter Wennink表示，“我們計劃2022年將EUV設(shè)備的產(chǎn)量增加到55臺，并在2023年增加到60臺?！? 兩年后，將有超過240臺EUV設(shè)備投入市場，超過迄今為止的累計供應(yīng)量。

新版本EUV光刻機(jī)呼之欲出

目前，每臺EUV設(shè)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(jī)來運輸，每個價值約1.4億美元。

為了滿足不斷進(jìn)化的先進(jìn)制程，ASML正在研發(fā)更先進(jìn)的EUV光刻機(jī)，主要體現(xiàn)在高NA上。

與目前的EUV設(shè)備相比，更高NA意味著更大、更昂貴且更復(fù)雜。高NA設(shè)備具有更高的分辨率，這將使芯片特征縮小1.7倍，芯片密度增加2.9倍。這可以使客戶減少流程步驟的數(shù)量，還可以顯著減少缺陷、成本和芯片生產(chǎn)周期。

新的EUV設(shè)備，其NA值將從0.33 提升至0.55，以實現(xiàn)更高分辨率的圖案化。

據(jù)悉，第一臺高NA設(shè)備仍在開發(fā)中，預(yù)計2023年開始提供搶先體驗，以便芯片制造商可以開始試驗并學(xué)習(xí)如何使用它?？蛻艨梢栽?024年將它們用于自己的研發(fā)，從2025 年開始，這些高NA的EUV設(shè)備有望用于芯片量產(chǎn)。

更高的NA值允許在機(jī)器內(nèi)部產(chǎn)生更寬的EUV光束，然后再照射晶圓。該光束越寬，照射晶圓時的強(qiáng)度就越大，從而提高打印線條的準(zhǔn)確度。這反過來又可以實現(xiàn)更小的幾何形狀和更小的間距，從而增加密度。

ASML的新設(shè)備將允許芯片制造商制造2nm及以下制程的芯片。

不過，高NA設(shè)備意味著高昂的價格，據(jù)悉，每臺NA值為0.55的EUV設(shè)備價格將達(dá)到3 億美元，是現(xiàn)有EUV設(shè)備的兩倍，并且，它還需要復(fù)雜的新鏡頭技術(shù)。

目前，制造先進(jìn)制程(如5nm、3nm)芯片的廠商不得不依賴雙重或三重圖案技術(shù)，這很耗時，而使用高NA EUV設(shè)備，他們能夠在單層中打印這些特征，從而縮短周轉(zhuǎn)時間并提高工藝靈活性。

先進(jìn)EUV爭奪戰(zhàn)打響

EUV光刻機(jī)，特別是最新設(shè)備的客戶是臺積電、三星、英特爾、SK海力士和美光，目前來看，前三家對于ASML產(chǎn)能的爭奪愈演愈烈。

上周，臺積電公布其資本支出高達(dá)400億到440億美元，且首度揭露用于2nm先進(jìn)制程投資，這也意味臺積電在2nm有重大突破，并下單采購高NA的EUV，以投入2nm研發(fā)及試產(chǎn)。臺積電供應(yīng)鏈透露，臺積電內(nèi)部規(guī)劃2nm試產(chǎn)部隊將于今年第四季度正式成軍。

據(jù)悉，臺積電已經(jīng)獲得了目前市場上供應(yīng)的EUV設(shè)備的一半。臺積電擁有約50臺EUV設(shè)備。鑒于EUV設(shè)備的獨家供應(yīng)體系，快速確保設(shè)備安全將成為三星和SK海力士等半導(dǎo)體制造商面臨的挑戰(zhàn)。

有消息顯示，三星也在緊急搶購一臺高NA EUV，并要ASML直接拉到三星工廠內(nèi)進(jìn)行測試，創(chuàng)下ASML直接出貨到客戶廠內(nèi)再測試的首例，可見臺積電與三星在先進(jìn)制程競賽的激烈程度。

三星表示，該公司將于2022上半年推出3nm制程，三星電子副會長李在镕假釋出獄后，立即宣布未來3年投入240兆韓元(約2050億美元) ，鞏固該公司在后疫情時代科技產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢地位，稱該公司下一代制程節(jié)點3nm制程采用GAA(Gate-All-Around)技術(shù)不會輸給競爭對手臺積電。

三星強(qiáng)調(diào)，與5nm制程相比，其首顆3nm制程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制程良率正在逼近4nm制程，預(yù)計2022 年推出第一代3nm 3GAE技術(shù)，2023年推出新一代3nm 3GAP技術(shù)，2025年2nm 2GAP 制程投產(chǎn)。這些對先進(jìn)EUV設(shè)備的需求將不斷提升。

目前，三星正在搶購更多的EUV光刻機(jī)，以縮小與臺積電之間的數(shù)量差距。據(jù)統(tǒng)計，截止2020年，臺積電的EUV光刻機(jī)數(shù)量約40臺，三星則是18臺左右，不到臺積電的一半。預(yù)計2022年三星會購入大概18臺EUV光刻機(jī)，拉近與臺積電之間的數(shù)量差距，總數(shù)將達(dá)到臺積電的60%左右。

根據(jù)臺積電年報信息，3nm基于EUV技術(shù)展現(xiàn)優(yōu)異的光學(xué)能力，與符合預(yù)期的芯片良率，以減少曝光機(jī)光罩缺陷及制程堆棧誤差，并降低整體成本，2nm及更先進(jìn)制程上將著重于改善極紫外光技術(shù)的質(zhì)量與成本。

臺積電積極與ASML緊密合作，不僅取得EUV設(shè)備數(shù)量有優(yōu)勢，其設(shè)備技術(shù)的開發(fā)致關(guān)重要，這也是其能超越三星、英特爾的關(guān)鍵原因之一。

英特爾也在加大先進(jìn)EUV設(shè)備的投入。

2021年，英特爾宣布重返晶圓代工市場，并在同年7月正式宣布推出先進(jìn)制程技術(shù)藍(lán)圖，計劃在未來4年推出5個新世代芯片制程技術(shù)，并宣布將原本的10 nm Enhanced SuperFin正名為Intel 7，原先的7nm正名為Intel 4，之后分別為Intel 3、Intel 20A、Intel 18A 等，也就是說2025年就會達(dá)到2nm制程的領(lǐng)域，目標(biāo)是趕超臺積電。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，英特爾在爭奪ASML最先進(jìn)EUV光刻機(jī)方面不遺余力。

本周，英特爾宣布領(lǐng)先于臺積電和三星訂購了ASML的TWINSCAN EXE:5200光刻機(jī)。這是ASML正在開發(fā)的高NA EUV光刻機(jī)，單臺價格將達(dá)到3億美元。據(jù)悉，其吞吐量超每小時220片晶圓。按照ASML的規(guī)劃，TWINSCAN EXE:5200最快將于2024年底投入使用，用于驗證，2025年開始用于芯片量產(chǎn)。

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

和0.33NA光刻機(jī)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(fù)雜的集成電路圖案，突破0.33NA單次構(gòu)圖32nm到30nm間距的極限。EXE:5000有望率先用于3nm制程，EXE:5200則很可能用于英特爾未來的20A或者18A制程。

結(jié)語

2022年，隨著3nm制程的量產(chǎn)，市場對先進(jìn)EUV光刻機(jī)的需求量進(jìn)一步提升，未來的2nm、1nm，以及更先進(jìn)制程不斷迭代，為更先進(jìn)EUV設(shè)備的研發(fā)提供著動力，同時難度也在不斷增加，產(chǎn)量恐怕會愈加吃緊，相應(yīng)的設(shè)備爭奪戰(zhàn)將會更加激烈。

本文選編自微信公眾號“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”;作者：暢秋；智通財經(jīng)編輯：謝雨霞。