新一輪EUV光刻機争奪戰開打

來源：内容由半導體行業觀察（ID：icbank）原創，作者：暢秋，謝謝。

在全球範圍内，作為EUV光刻機的唯一供應商，ASML在業内受到的關注度越來越高，特别是以台積電為代表的先進制程發展得風生水起的當下，ASML的重要性與日俱增。

本周，ASML釋出了2021第四季度和全年财報，内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，63億歐元來自于42台EUV系統，全年淨利潤59億歐元，毛利率52.7%。

ASML還公布了2022年第一季度财測，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氩 (ArF) 曝光短1/14，這有利于實作半導體最先進制程的實作。近年來，對10nm以下先進制程的需求不斷增長，也增加了EUV曝光裝置的供應。由于EUV裝置加工複雜，ASML年産量也很小。最近，ASML 正專注于提高其産能和供應量。

由于市場對最先進制程工藝的需求增加和客戶群的擴大，EUV光刻機供應的數量将持續增長。預計兩年内累計供應量将增加一倍以上。

據統計，在2020年第三季度~2021年第二季度這四個季度内，ASML共向市場出貨了40 台EUV裝置，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邏輯晶片（以每月45000片晶圓計算）需要一台 EUV 裝置來繪制一個EUV層。16nm以下DRAM（以每月10萬片計算）一層需要1.5~2台EUV裝置。作為全球最大的存儲晶片供應商，三星電子計劃将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，這些将推動對EUV裝置需求的增長。

另外，繼三星電子在2018年首次引入 7nm 工藝的 EUV 裝置後，台積電和 SK 海力士也進入了 EUV 競争，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 裝置。

對于這樣的市場需求，ASML首席執行官 Peter Wennink表示，“我們計劃2022年将EUV裝置的産量增加到55台，并在2023年增加到60台。” 兩年後，将有超過240台EUV裝置投入市場，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裝置都有超過 100,000 個零元件，它們需要40個貨運集裝箱或四架大型噴射機來運輸，每個價值約1.4億美元。

為了滿足不斷進化的先進制程，ASML正在研發更先進的EUV光刻機，主要展現在高NA上。

與目前的EUV裝置相比，更高NA意味着更大、更昂貴且更複雜。高NA裝置具有更高的分辨率，這将使晶片特征縮小1.7倍，晶片密度增加2.9倍。這可以使客戶減少流程步驟的數量，還可以顯着減少缺陷、成本和晶片生産周期。

新的EUV裝置，其NA值将從0.33 提升至0.55，以實作更高分辨率的圖案化。

據悉，第一台高NA裝置仍在開發中，預計2023年開始提供搶先體驗，以便晶片制造商可以開始試驗并學習如何使用它。客戶可以在2024年将它們用于自己的研發，從2025 年開始，這些高NA的EUV裝置有望用于晶片量産。

更高的NA值允許在機器内部産生更寬的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，進而提高列印線條的準确度。這反過來又可以實作更小的幾何形狀和更小的間距，進而增加密度。

ASML的新裝置将允許晶片制造商制造2nm及以下制程的晶片。

不過，高NA裝置意味着高昂的價格，據悉，每台NA值為0.55的EUV裝置價格将達到3 億美元，是現有EUV裝置的兩倍，并且，它還需要複雜的新鏡頭技術。

目前，制造先進制程（如5nm、3nm）晶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裝置，他們能夠在單層中列印這些特征，進而縮短周轉時間并提高工藝靈活性。

先進EUV争奪戰打響

EUV光刻機，特别是最新裝置的客戶是台積電、三星、英特爾、SK海力士和美光，目前來看，前三家對于ASML産能的争奪愈演愈烈。

上周，台積電公布其資本支出高達400億到440億美元，且首度揭露用于2nm先進制程投資，這也意味台積電在2nm有重大突破，并下單采購高NA的EUV，以投入2nm研發及試産。台積電供應鍊透露，台積電内部規劃2nm試産部隊将于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裝置的一半。台積電擁有約50台EUV裝置。鑒于EUV裝置的獨家供應體系，快速確定裝置安全将成為三星和SK海力士等半導體制造商面臨的挑戰。

有消息顯示，三星也在緊急搶購一台高NA EUV，并要ASML直接拉到三星工廠内進行測試，創下ASML直接出貨到客戶廠内再測試的首例，可見台積電與三星在先進制程競賽的激烈程度。

三星表示，該公司将于2022上半年推出3nm制程，三星電子副會長李在镕假釋出獄後，立即宣布未來3年投入240兆韓元(約2050億美元) ，鞏固該公司在後疫情時代科技産業的優勢地位，稱該公司下一代制程節點3nm制程采用GAA（Gate-All-Around）技術不會輸給競争對手台積電。

三星強調，與5nm制程相比，其首顆3nm制程GAA工藝晶片面積将縮小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 制程投産。這些對先進EUV裝置的需求将不斷提升。

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，總數将達到台積電的60%左右。

根據台積電年報資訊，3nm基于EUV技術展現優異的光學能力，與符合預期的晶片良率，以減少曝光機光罩缺陷及制程堆棧誤差，并降低整體成本，2nm及更先進制程上将着重于改善極紫外光技術的品質與成本。

台積電積極與ASML緊密合作，不僅取得EUV裝置數量有優勢，其裝置技術的開發緻關重要，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裝置的投入。

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制程技術藍圖，計劃在未來4年推出5個新世代晶片制程技術，并宣布将原本的10 nm Enhanced SuperFin正名為Intel 7，原先的7nm正名為Intel 4，之後分别為Intel 3、Intel 20A、Intel 18A 等，也就是說2025年就會達到2nm制程的領域，目标是趕超台積電。

為了實作這一目标，英特爾在争奪ASML最先進EUV光刻機方面不遺餘力。

本周，英特爾宣布領先于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，單台價格将達到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最快将于2024年底投入使用，用于驗證，2025年開始用于晶片量産。

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更新到8nm，可以更快更好地曝光更複雜的內建電路圖案，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。

結語

2022年，随着3nm制程的量産，市場對先進EUV光刻機的需求量進一步提升，未來的2nm、1nm，以及更先進制程不斷疊代，為更先進EUV裝置的研發提供着動力，同時難度也在不斷增加，産量恐怕會愈加吃緊，相應的裝置争奪戰将會更加激烈。